Понятие о термодинамических процессах
В процессе преобразования тепла в работу участвует рабочее тело, состояние которого изменяется. Непрерывное изменение состояния рабочего тела в результате взаимодействия его с окружающей средой называется термодинамическим процессом или сокращенно процессом.
Различают равновесные (квазистатические) и неравновесные процессы. Процесс, протекающий при значительной разности температур и давлений окружающей среды и рабочего тела и создающий неравномерное распределение температуры и давлений по всей массе рабочего тела, называется неравновесным. Если же процесс происходит бесконечно медленно и при ничтожно малой разности температур окружающей среды и рабочего тела, то можно достигнуть равномерного распределения как температуры, так и давления но всей массе рабочего тела. Такой процесс называется равновесным.
На рис. 1.3 изображен некоторый равновесный процесс изменения состояния газа. Равновесный процесс, проходящий В направлении от состояния к состоянию 2 через промежуточные точки а, Ь, с и т. д. и связанный с расширением рабочего тела, называется прямым процессом, а равновесный процесс, проходящий в направлении от состояния 2 к состоянию через те же точки, что и в прямом процессе, но связанный со сжатием рабочего тела, - обратным процессом.
Процессы, протекающие в прямом к обратном направлениях через одни и те же промежуточные точки, называются обратимыми. Для обратимого процесса необходимы следующие условия: отсутствие химических реакций в рабочем теле; отсутствие внутреннего и внешнего трения; наличие бесконечно большого числа механических и термических равновесных состояний; бесконечно медленное изменение состояния рабочего тела.
Примером такого идеализированного обратимого процесса может служить цикл Карно, рассматриваемый в § 12.
Если в результате протекания прямого, а затем обратного процессов происходят изменения, не удовлетворяющие условиям обратимости процессов, и рабочее тело не приводится к, исходному состоянию одновременно с возвращением к этому состоянию всех взаимодействующих тел, то такие процессы называются необратимыми. К необратимым процессам относится процесс сгорания топлива, передача тепла от горячих тел к менее нагретым и т. д. Все реальные процессы протекают с конечной скоростью. Они сопровождаются трением, диффузией и теплообменом при конечной разности между температурами системы и внешней среды. Следовательно, ксс они неравновесны и необратимы.
Степень необратимости разнообразных реальных процессов различна. В предельном — идеальном — случае степень необратимости становится бесконечно малий, а процесс обратимым. Связь между обратимыми н действительными процессами устанавливают введением поправочных коэффициентов, найденных экспериментально при изучении действительных процессов.
