§ 75. Квазистатические процессы
В связи с понятием обратимости и необратимости напомним, что говорилось в гл. II о квазистатических процессах (стр. 101).
В йекоторых случаях процессы, которые при одних условиях протекают необратимо, могут оказаться обратимыми при других. Например, описанный выше процесс растяжения пружины может быть проведен и обратимым образом. Для этого нужно, чтобы внешняя сила, растягивающая пружину, по мере растяжения непрерывно увеличивалась, с тем чтобы в каждый данный момент она была равна и противоположна упругой силе самой пружины. Другими словами, нужно, чтобы в каждый, данный момент пружина находилась в состоянии равновесия. Для этого растяжение должно вестись настолько медленно, чтобы деформация успевала передаваться по всей длине пружины и была всегда и во всех точках одинакова. Тогда пружина и будет в любой момент времени в равновесии. Принципиально процесс должен вестись бесконечно медленно. Практически время растяжения должно быть большим по сравнению с временем релаксации. Если же продолжительность процесса меньше времени релаксации, то равновесие установиться не успевает, процесс оказывается слишком быстрым, чтобы быть обратимым.
Напомним, что процессы, в ходе которых система все время остается в состоянии равновесия, называются квазистатическими. Понятно, что такие процессы, поскольку все промежуточные состояния равновесны, являются обратимыми.
В приведенных выше примерах сжатия и расширения пружины или газа время релаксации — это время распространения звука, поскольку звуковые волны представляют собой распространяющиеся в теле расширения и сжатия.
Расширение газа или его сжатие, производимое, например, при помощи поршня, будут квазистатическими, если скорость перемещения поршня мала по сравнению со скоростью звука в газе, так как при этом условии давление успевает выровняться по всему объему газа. Как мы видели (см. стр. 102), работа расширения газа в этом случае максимальна,
Напомним еще раз, что квазистатические процессы могут быть изображены в виде кривой зависимости давления от объема или, например, в виде кривой зависимости давления от температуры. Необратимый же процесс не может быть изображен такой кривой. Ведь если процесс неравновесный (не квазистатический), то нельзя говорить об определенном давлении или определенной температуре, соответствующих данному значению объема. Все естественно идущие процессы, такие, как переход тепла от более нагретого тела к менее нагретому, выравнивание концентраций в газовых смесях и т. д., всегда являются необратимыми и, конечно, неквазистатическими процессами.
