ЛОГИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ ВТОРОГО НАЧАЛА. ПРИНЦИПЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ НАПРАВЛЕНИЕ САМОПРОИЗВОЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

3.20. Квазистатические процессы

В данном выше (см. стр. 74)] определении равновесности процесса взамен обычного условия — бесконечно малого изменения параметров — содержится требование, чтобы система совершала наибольшую работу. Таким образом, термин «равновесный процесс» в том смысле, как я его употребляю, в указанном отношении нов. Однако хотя по определению я не вкладываю в понятие равновесности процесса то содержание, которое по предложению Каратеодори вложено в понятие квазистатического процесса, но, как мы увидим, вследствие статистического смысла второго начала оба эти понятия оказываются адекватными.

Квазистатический процесс часто определяют как такой процесс, когда объем и вообще все обобщенные координаты системы для каждого элемента процесса изменяются на бесконечно малую величину. Однако такое определение не является полным и не гарантирует того, что квизистатический процесс является обратимым. Нужно, чтобы не только все обобщенные

координаты менялись на бесконечно малую величину для каждого элемента процесса, но чтобы давление и вообще все обобщенные силы системы также изменялись непрерывно. Если это дополнительное условие не наложено, то может оказаться, что квазистатический процесс не даст той работы, которая для элемента процесса выражается уравнением (3.9)

Может даже оказаться, что хотя обобщенные координаты изменяются каждый раз на бесконечно малую величину, но система вообще не совершает никакой работы. Я уже приводил пример такого, как я его называю, псевдоравновесного процесса (см. стр. 74).

Еще раз рассмотрим этот, как мне кажется, весьма поучительный пример. Мы представляем, что газ заключен в цилиндр; на его внутренних стенках на элементарно близком расстоянии друг от друга имеется ряд штифтиков, задерживающих движение поршня. Эти штифтики при желании могут быть задвинуты внутрь пазов, сделанных в стенках цилиндра. Если бы газ испытывал равновесный процесс расширения, то точка, изображающая состояние тела в диаграмме перемещалась бы по изотерме и газ производил работу, равную подводимой теплоте. Такой процесс квазистатичен и обратим. Но можно провести газ через те же состояния на изотерме, не получив никакой работы. Для этого вдвинем в пазы первую пару штифтиков, удерживающих поршень. Тогда (если поршень нейесом) давление, развиваемое газом, больше не будет ничем уравновешено, газ испытывает элементарно малое расширение, не преодолевая никакой силы, и придет к смежному состоянию на изотерме. (Температура не изменится, поскольку внутренняя энергия газа есть функция одной температуры, а процесс адиабатен и происходит без совершения и затраты работы, т. е. при Через некоторое время вдвинем в пазы следующую пару штифтиков и т. д. Очевидно, этот процесс расширения газа без производства работы является процессом необратимым. Изменение состояния газа таком псевдоравновесном процессе характеризуется ломаной линией, спадающей при каждом бесконечно малом этапе расширения к оси абсцисс. Действительно, давление на газ падает до нуля в момент, когда штифтики введены в пазы и вслед за тем снова возрастает до нормальной величины, как только поршень передвинется до следующей пары штифтиков. Чтобы псевдоравновесный процесс был исключен из категории квазистатических процессов, очевидно, нужно при определении квазистатического процесса потребовать, чтобы не только обобщенные координаты, но и все вообще параметры, в частности обобщенные силы, изменялись непрерывно.