Question

请教一个热力学问题

对于可逆过程的条件：1，无摩擦等因素引起的能量耗散。2，必须是准静态过程。
对于第一点我理解，但对于第二点，我就不理解了，为何可逆过程必须是准静态过程？
请从本质上来回答，不要举例子。
感觉你们还是没直接回答我的问题
我查百度，有个地方说，非准静态过程中有什么非平衡耗散（力的，化学的耗散），我感觉这个跟能量耗散有点差不多，但到什么是非平衡耗散，为什么非准静态过程熵会增加？

Answer 1

chen_82 网友的回答比较接近正解。不过说的还不透，补充一下。

为何可逆过程必须是准静态过程？实际上就是要回答如果不是准静态过程，那么一定不可逆。

首先要说的是上述命题并非完全正确（但据我所知仅存在一个反例）。例如气体（或其它物态）等容过程无论是否准静态（无非体积功），做功都是零。这样Q=deltaU，仅取决于系统始终态。假定先快速（非静态）升温，此时吸热量Q=deltaU，再缓慢（或快速）降温至初始温度，则系统放出等量的热。系统和外界同时复原，可见原先的非静态过程是可逆的。

而任何涉及体积变化的过程，如果是非静态过程，则一定不可逆。（以下仅讨论这种情况）

体积功取决于外力的大小。在涉及体积变化的情况下，准静态过程中系统和外界的压强必须仅相差一个无穷小（否则不可能准静态，完全相同时，体积不会变化），因此准静态过程的体积功可以用=-积分（pdV）计算，其中p为系统压强。对于某种特定的准静态压缩过程，例如等温准静态压缩（或其它任意的明确的准静态过程），该过程总可以非静态地进行，而非静态压缩过程的每一微小步骤中，p外 总是要明显大于 p系统 的【注】（如果相同就不会被压缩，如果仅大一个无穷小，就必然是准静态过程）。因此压缩过程外界做功量（-积分（p外dV））总是比对应的准静态过程来得大（对于相同的始终态）。相反膨胀过程中，非静态过程外界“得到”的功总是比对应的准静态过程来的小。

对于一个无摩擦准静态过程，只要令其沿原路径逆向准静态运行至系统恢复原状，那么前一（例如压缩）过程外界做的功一定会在逆过程中全部“还给”外界，从而外界恢复原状。即原过程是可逆的。

对于一个非静态过程（例如上面说的非静态压缩）发生后，无论你用哪种方法将系统恢复原状，你都不可能将前面压缩消耗的功全部“还给”外界。 也就是说当系统恢复原状时，外界必定有一部分功变成了热（根据能量守恒）。即外界无法恢复原状，故非静态过程不可能是可逆的。

【注】此处并非很严格。非准静态过程的中间状态不是平衡态，没有一个统一的p内（而是呈现出梯度分布），可以将系统分为很多个小部分，每一小部分的压强都会小于p外。

可逆过程的概念比较抽象，难以透彻理解，你问的问题的本质原因也较难用简洁的语言说透。对上述回答仍有疑问，欢迎继续提出。

Answer 2

首先要理解两个定义：

可逆过程----一个系统由某个状态出发经过某一过程达到另一状态，如果存在另一过程，能使系统回到原来的状态，同时消除了原来的过程对外界所引起的一切影响，则原来的过程就称为可逆过程”。

准静止状态 -- 准静态过程是“热力学系统在变化时经历的一种理想过程，准静态过程的每一个中间状态都处于平衡态”。或者可以更明确的定义：热力学系统状态发生变化时，经历的每一中间状态都无穷接近于平衡态的热力过程称为准静态过程。

因为可逆过程定义中的初态和终态是任意的，所以定义的第一个意义是系统经历一个可逆过程后，可以严格地按照原来的途径返回到最初的状态，因此可逆过程必然是准静态过程。该定义的另外一个意义是，可逆过程中不存在任何的耗散损失，因此，在按其反过程返回初态后，没有给外界留下任何的痕迹。

Answer 3

因为准静态过程中的每一中间状态都处于平衡态。任何过程进行时必然破坏原来的平衡，使系统处于非平衡态。要使系统达到新的平衡态需要一定的时间，称为弛豫时间。这个时间的长短由促成平衡的过程性质决定。

Answer 4

因为非平衡态的过程必然伴随着熵的增加。

追问

你没回答我的问题
或者我这样问你，非准静态过程为何熵会增加

追答

平衡态的一个特点是熵处于当前约束下的最大值，反之在当前约束下熵最大的情况就是平衡态。通过改变约束后，如果这个时候系统的熵已经是最大的话，那么就会保持，不会有非平衡态的过程。只有改变约束，而造成当前情况的熵不是新约束下熵可能的最大值时，才会有非平衡态过程。

追问

我查百度，有个地方说，非准静态过程中有什么非平衡耗散（力的，化学的耗散），我感觉这个跟能量耗散有点差不多，但到底什么是非平衡耗散

追答

抱歉，这个问题超出了我的能力。非平衡态的研究已经不是一般的本科课程。

Answer 5

动态会引起能量的耗散，