2. Равновесные (обратимые) процессы
Под процессом в системе понимается изменение ее состояния. Термодинамический метод исследования позволяет следить только за такими процессами в системе, которые протекают бесконечно медленно. При таком изменении можно считать, что система в каждый момент времени переходит из одного равновесного состояния в другое.
Бесконечно медленные процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний, называются равновесными процессами. Равновесный процесс всегда обратим. Обратимым процессом называется процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения. Если же процесс таков, что не допускает возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде не осталось каких-либо изменений, то он называется необратимым процессом.
Есть и другое эквивалентное определение. Обратимым процессом называется такой процесс, при котором система возвращается в первоначальное состояние через те же промежуточные состояния, что и при прямом процессе. Если же процесс нельзя провести в обратном направлении через те же состояния, то он называется необратимым.
Если в системе происходит процесс с конечной скоростью, то такой процесс будет необратимым процессом.
Рассмотрим следующие примеры.
Газ находится в вертикальном цилиндрическом сосуде, закрытом поршнем. Если заставить поршень подниматься с конечной скоростью, то расширение газа в цилиндре будет необратимым процессом. Действительно, как только поршень будет выдвинут, давление
газа непосредственно у поршня будет меньше, чем в других частях цилиндра. Такой процесс нельзя провести обратимо, так как, вдвигая с конечной скоростью поршень обратно, мы получим у поршня не разрежение газа, а сжатие его. Отсюда быстрое расширение или сжатие газа является необратимым процессом. Чтобы расширить газ обратимым способом, необходимо выдвигать поршень бесконечно медленно; тогда давление газа будет во всякий момент во всем объеме одинаково, состояние газа будет зависеть от положения поршня, а не от направления его движения, и процесс будет обратимым.
При переходе системы из одного состояния в другое в ней может произойти ряд различных процессов. Если сложный процесс состоит из последовательного ряда обратимых процессов, то, очевидно, и весь этот процесс будет также обратимым, и наоборот, если один из процессов необратим, то весь сложный комплекс процессов также необратим.
В механике все процессы протекали бы обратимо, если бы не было трения.
Из рассмотрения механических, электродинамических и других процессов видно, что обратимость их возможна только при отсутствии выделения теплоты при процессе. Однако экспериментальные наблюдения показывают, что во всех макроскопических реальных (не воображаемых) процессах всегда происходит выделение теплоты.
