Квазистатический процесс легко представить, если реальная скорость процесса много меньше скорости восстановления равновесия. В этом случае при реальных изменениях с малой скоростью равновесие восстанавливается с большой скоростью, и при реальном изменении состояния макроскопической системы эта система проходит через ряд равновесных состояний.
Рассмотрим макроскопическую систему А, взаимодействующую с термостатом В. Будем считать давление макроскопической системы А равным р, а давление термостата (р+). Тогда за счет бесконечно малого перепада давление начинается процесс выравнивания давления - система А начинает сжиматься. Если бы переход давления был равен нулю, то процесс отсутствовал бы, и его скорость была бы равна нулю. При бесконечно малом перепаде скорость процесс бесконечно мала, а скорость процесса восстановленного равновесия в газе конечна, т.е. , и процесс сжатия газа будет проходить через последовательность равновесных состояний, т.е. квазистатически.
Такой процесс называют обратимым, т.к. достаточно бесконечно малых условий, и процесс потечет в обратном направлении, то есть если давление газа будет p+, а термостата р, то газ будет расширяться, проходя квазистатически через те же состояния, но в обратном порядке.
В термодинамике обратимыми процессами называют такие процессы, которые могут протекать как в прямом, так в обратном направлениях без заметных (конечных) изменений в окружающей среде. Если же скорость протекания процесса много больше скорости восстановления равновесия, , то процесс называется нестатическим или неравновесным. В этом случае система проходит ряд неравновесных состояний. Физически такая ситуация встречается тогда, когда имеет место конечный перепад (градиент) параметров системы А и термостата В. Такие процессы называют еще необратимыми, т.к. бесконечно малых изменений условий в конечном состоянии будет недостаточно, чтобы вернуть систему в исходное состояние, т.е. процесс нельзя обратить без конечных изменений в окружающей среде.
3.Полное изменение энергии равновесной системы. Рассмотрим систему А, которая находится в состоянии равновесия. Полное изменение средней энергии системы определяется выражением:
. (5.2)
Первое слагаемое в выражении (5.2) - это работа , совершаемая над системой. Второе слагаемое - это та часть изменения энергии макроскопической системы, находящейся во взаимодействии с термостатом, которая не связана с изменением внешних параметров (а=const). Это вклад в изменение средней энергии системы за счет непрерывной передачи энергии от частиц термостата В к частицам системы А. Если внешние параметры не меняются, то энергия отдельных микросостояний не меняется, и энергия, подводимая к макроскопической системе извне, идет на изменение распределения вероятностей. Состояние с большей энергией становятся более вероятными - система нагревается. Эту часть изменения полной энергии называют теплотой dQ. Итак, имеем:
. (5.3)
Знаки в уравнении (5.3) определим следующим образом. Энергию, полученную системой А, будем считать положительной, а отдаваемую - отрицательной. Если dQ>0 - система получает теплоту (эндотермический процесс). Если dQ<0 - система отдает теплоту (экзотермический процесс).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.