第四節 熱力過程、準平衡過程和可逆過程

一、熱力過程

熱能與機械能的相互轉換或熱能的轉移必須通過熱力系統的狀態變化來實現。熱力系統由一個狀態向另一個狀態變化時所經歷的全部狀態的總和稱為熱力過程，簡稱過程。

二、準平衡過程

實際熱力過程打破了工質的平衡狀態，促使工質向新的狀態變化，故實際過程是不平衡的，熱力學對其不好描述。為簡化起見，過程中熱力系統所經歷的每一個狀態都無限地接近平衡狀態的熱力過程稱為準平衡過程（或準靜態過程）。否則，稱為非平衡過程（或非準靜態過程）。準平衡過程的每一個狀態都可以當做平衡狀態處理，可以用確定的狀態參數描述，可以在參數坐標圖上用一條連續的曲線表示。而非平衡過程卻不行。

怎么樣才能實現準平衡過程呢?其應滿足的條件是：推動過程進行的勢差為無限小。勢差為無限小即要求外界對熱力系統的作用必須緩慢到足以使熱力系統內部能及時恢復不斷被破壞的平衡。例如，在2000r/min的活塞式壓氣機中，活塞運動的速度（過程進行的速度）一般在10m/s以內，但氣體的內部壓力波的傳播速度（恢復平衡的速度）通常為每秒數百米，所以活塞式壓氣機進行的熱力過程可以當作準平衡過程。

三、可逆過程

準平衡過程僅是簡化了熱力過程中熱力系統內部狀態的描述，對于熱力系統與外界間的能量交換并未專門考慮。例如，活塞氣缸內的氣體對外膨脹做功的熱力過程，由于存在摩擦，氣體所做的功量與外界獲得的功量數量不同，也就是說存在能量耗散。僅系統與外界交換的功量數量這一問題，用準平衡過程來描述就非常繁雜。為了簡化熱力過程中熱力系統與外界間的能量交換情況的描述，熱力學建立了可逆過程的概念。

熱力系統經歷一個過程之后，如果能使熱力系統與外界同時恢復到初始狀態而不留下任何痕跡，則稱這一過程為可逆過程。否則就是不可逆過程。可逆過程的定義僅要求過程結束后，具備熱力系統與外界同時恢復到初始狀態的可能性，并不要求必須回到初始狀態。實現可逆過程的充要條件是：推動過程進行的勢差為無限小，而且不存在任何耗散效應。對比實現可逆過程與準平衡過程的充要條件可知：可逆過程就是無耗散效應的準平衡過程，可逆過程與準平衡過程的差異在于有無耗散效應。可逆過程必然是準平衡過程，但準平衡過程卻不一定是可逆過程。