Равновесность и обратимость процессов

Термодинамическая система будет находиться в равновесном состоянии, если во всех точках системы будет одинаковая температура и одинаковое давление.

Всякая изолированная система с течением времени приходит в равновес­ное состояние, которое остается неизменным до тех пор, пока система не бу­дет выведена из него внешним воздействием.

Изменение состояния термодинамической системы при взаимодействии ее с окружающей средой происходит в результате термодинамического про­цесса.

Процесс, в ходе которого в системе в каждый момент времени устанавли­вается равновесное состояние, является равновесным. Отсюда ясно, что рав­новесный процесс может быть только бесконечно медленным. Однако такой процесс нельзя не только осуществить, но и дать ему непротиворечивое объ­яснение.

Действительно, равновесный процесс должен состоять из ряда чередую­щихся во времени состояний равновесия, однако переход из одного состоя­ния в другое возможен лишь в результате нарушения этого равновесия.

Таким образом, трудность усвоения понятия равновесности связана с вы­сокой степенью его абстракции.

Тем не менее, техническая термодинамика изучает только равновесные состояния и равновесные процессы, так как отсутствие равновесия внутри термодинамической системы приводит к зависимости параметров состояния от времени. Поэтому анализ неравновесных состояний и процессов значи­тельно усложняется.

Итак, равновесный процесс можно представить как непрерывный рад бесконечно близких состояний и можно изобразить линиями на термодина­мических диаграммах, например, pv и Ts.

Бесконечно медленное протекание процесса в случае взаимодействия термодинамической системы с окружающей средой возможно, если темпера­тура и давление в системе отличаются на бесконечно малые величины от температуры и давления окружающей среды. В связи с этим, равновесным можно назвать такой процесс, который протекает при бесконечно малой раз­ности температур и давлений между рабочим телом и окружающей средой.

Все реальные термодинамические процессы протекают при конечной разности давлений и температур рабочего тела и окружающей среды. Следо­вательно, реальные процессы всегда неравновесны.

С понятием равновесности процессов связано понятие их обратимости.

Допустим, что в некоторой изолированной системе протекает процесс 1-2 (из состояния 1 система переходит в состояние 2). Тогда для обратного перехода системы из состояния 2 в состояние 1 имеем два случая:

1) обратный процесс, возможен и протекает, без каких бы то ни было из­менений в окружающей среде. В этом случае процесс 1-2 принято считать обратимым;

2) обратный процесс, протекающий без изменений в окружающей сре­де, невозможен. В данном случае процесс 1-2 будет необратимым.