词语辨析

可逆过程,可逆体系,可逆循环,不可逆过程,不可逆体系,不可逆循环

自发过程

绝热自由膨胀,绝热节流过程,绝热准静态膨胀

定义1

可逆性一般用于描述过程,但是可逆性的判定依赖于过程的初末状态,其逻辑如下:

定义1:通过一些手段可使体系完全回到初始状态而不引起其他变化的过程为可逆过程.

通过这个定义可以得出一个结论,不可逆过程的逆过程不可逆(逆过程即为将末状态恢复为初状态),显然这个结论涉及多个体系.

$dS=\frac{dQ}{T}$,满足此等式的过程为可逆过程.

这里涉及到S的定义问题,事实上S的值本身也是由此式子定义的(注意,这里暂时不考虑作为状态数对数的熵),那么此定义就退化为用一个可逆过程判定另一个可逆过程,因此需要一个初始的可逆过程,或者初始的可逆定义.

讨论理想气体的绝热自由膨胀过程:

未命名绘图

状态1->状态2 为绝热自由膨胀过程,其实现方法:控制隔板的开合,实现气体不对外做功.

绝热自由膨胀的逆过程:状态3->状态4,通过一个绝热准静态膨胀过程实现1->2的逆过程,其中外力F,恒温环境E,具体描述如下:

1->2过程气体不对外做功,内能不变,温度不变,而3->4如果为绝热过程,F就会对气体做功,使得体系内能增加,温度上升,无法实现逆过程,因此引入环境E,保持体系温度不变.

因此1->2的逆过程,记为逆(1->2),由几个部分组成:

1+2即是F作为摩擦力做功,是不可逆过程(热力学第二定律)

(1->2)作为不可逆过程”逆(1->2)”的逆过程是不可逆的,定义1的结论.

除了具体的构造逆过程,还可以通过判断等式$dS=\frac{dQ}{dT}$是否成立实现对可逆性的判定.对于绝热过程,$\frac{dQ}{T}=0$,而$\Delta S$则通过等温膨胀过程计算,那么就涉及到一个问题,为什么等温膨胀过程是可逆过程?

按照定义一的说法,等温膨胀过程中应当存在一种方法,使其完全回到初始状态,并且此方法没有副作用.

一个可能的方法是时间反演方法(是不是唯一方法?可不可以考虑庞加莱循环定理?),即时间对称性(这里可以考虑CPT对称定理,考虑T的对称性,可以转化为考虑CP的对称性)

对于等温膨胀过程,其时间对称性可以通过空间对称性表现出来,即dv对dW,dQ的影响是一致的.

这里就衍生出了一种判断可逆过程的新方法,即判断CP对称性,但是似乎想要直接判断CP对称性也挺麻烦的,很少有实际体系像等温膨胀那样好判断(另一个比较好的例子是摩擦过程的空间对称性判断).

另一个值得考虑的问题即为混沌系统的可逆性,这种初值敏感系统.