熵与热力学第二定律
可逆过程
想象你把一本厚书极其缓慢、轻柔地放到桌面上,慢到每一瞬间你的手和书都恰好平衡——你随时都能同样轻松地把它往回抬一点。可逆过程就是把每件事都做到这般小心的理想极限:系统在每一步都处于平衡态,推动它的差异小到只要一个无穷小的改变就能使方向反转。
具体地说,可逆过程是指能沿着完全相同的一串状态倒着走回去、使系统和周围环境都回到出发点、不留下任何痕迹的过程。这要求没有摩擦、没有湍流、没有骤然的温差或压差。它也意味着过程进行得无限缓慢,这正是为什么没有任何真实过程能真正可逆。
它为什么重要:可逆路径是热力学的“量尺”。任何过程的熵变都是用同样两个状态之间的一条可逆路径来定义的,而一台可逆机器能榨取第二定律所允许的绝对最大功。要注意的告诫就写在定义里——“可逆”是一个有用的虚构,是一个达不到的理想,真实的、以有限速度进行的过程只能逼近它。
气缸里的气体若要可逆地膨胀,你得让外压只比气体压强低一丝,每次从活塞上拿走一粒沙。再把沙一粒粒加回去把它压缩,你就能逐一重走每一个状态。可若你猛地把活塞抽出去,同样的气体就会不可逆地冲进那段空隙。
一粒一粒地拿走沙子:教科书里可逆膨胀的经典图景。
在这里,可逆和自发几乎是相反的。自发变化带着有限的“推力”,只能朝一个方向走;可逆变化则悬在刀刃上,往哪边都行——这正是它不会造成多余的、产生熵的“损耗”的原因。
又称
另见