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本文拟结合熵增原理,介绍(或探究)准静态过程假说的逻辑性.
熵增原理
准静态过程假说的理论基石是熵增原理.
熵增原理一般可表述为隔离系统的熵变永不减少;具体包括如下三种情况:
①dSIso>0,热力学过程自发;
②dSIso=0,热力学过程平衡(或可逆过程);
③dSIso<0,热力学过程非自发.
熵增原理阐明了隔离系统中热力学过程的方向;另需明确熵增原理为经验定律,迄今为止仍不能从理论
上证明.
2. 准静态过程假说
准静态过程假说将发生热力学过程的封闭系统,与其环境构成一新的隔离系统;并从能量守恒角度分别给
出封闭系统及封闭系统环境熵变的计算公式[1],参见如下式(1)及(2).
dSClo=δQ/T1 (1)
dSAmb=[-δQ-δW'+(p-pe)dV]/T2 (2)
式(1)、(2)中T1、T2分别代表封闭系统及封闭系统环境的温度;pe表示环境大气的压强.
则: dSIso=dSClo+dSAmb
=δQ/T1+[-δQ-δW'+(p-pe)dV]/T2
=[δQ·(T2-T1)-T1·δW'+T1·(p-pe)dV] /(T1·T2) (3)
式(3)结合热力学基本方程[2]及熵增原理可得:
①对于隔离系统,
如果dSIso>0,则热力学过程自发;
如果dSIso=0,则热力学过程处于平衡(或可逆过程);
如果dSIso<0,则热力学过程非自发.
以上简称热力学过程自发性判据的S判据.
②恒温恒压及环境不提供有效功的前提下,
如果δW'=dG<0,则封闭系统热力学过程自发;
如果δW'=dG=0,则封闭系统热力学过程处于平衡(或可逆过程);
如果δW'=dG>0,则封闭系统热力学过程非自发.
以上简称热力学过程自发性判据的G判据.
③恒温恒容及环境不提供有效功的前提下,
如果δW'=dA<0,则封闭系统热力学过程自发;
如果δW'=dA=0,则封闭系统热力学过程处于平衡(或可逆过程);
如果δW'=dA>0,则封闭系统热力学过程非自发.
以上简称热力学过程自发性判据的A判据.
需强调:“S、G及A”判据,仅是热力学过程发生的必要条件讨论;G、A判据中出现的诸如恒温恒压(或
恒容)及环境不提供有效功的前提条件,也仅是为了式(3)数学处理方便,主观添加的前提条件;另需明确
“恒温恒压(或恒容)”等条件只能通过范特霍夫平衡箱实现,客观无法呈现.
3. 结论
⑴“S、G及A”判据,仅是热力学过程发生的必要条件讨论;
⑵自发性判据中出现的“恒温恒压(或恒容)等”是主观设置的前提条件,与热力学过程的客观实现无关.
参考文献
[1]余高奇.热力学第二定律研究.科学网博客, http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 .2021,8
[2]余高奇.热力学第一定律研究.科学网博客, http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 .2021,8
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