如何判断一个热力学过程是否可逆

高中生这个问题是难以准确理解的，即便对本科生也有相当难度。

1是否可逆

a按定义判断。如果某一过程发生后，你可以找到一种方法使系统和外界同时恢复原状，那么就可逆。如果任何方法都不能让系统和外界同时复原，那原过程就是不可逆过程。

b用熵增加原理（熵判据）。计算过程中系统的熵变和外界的熵变（如果是孤立系统，或绝热系统外界熵变为零，只需计算系统熵变），如果总熵变为零，则可逆，大于零则不可逆，小于零则不可能发生（反向过程不可逆发生或称自发发生）。

c用其他判据，例如过程在等温等压下进行（例如相变），则可计算系统过程中吉布斯函数变delta G，如等于零，则可逆，小于零不可逆，大于零不可能。

2 什么叫准静态过程？

这有很多种不同的表述，有些表述严格，有些不严格（只能在特定的上下文中使用）。下面给出一种严格的定义：一个宏观过程的每一中间状态（或每一瞬间）系统都无限趋近于平衡态，这样的过程称为准静态过程。

举个例子，一个带有活塞的气缸充有一定量气体，与外部大气温度压强相同（活塞不计质量），显然气体目前处于平衡态（不施加外部影响，气体将永远保持这个状态），现在在活塞上方加上一粒沙子，气体受到的压强有极小的增加，气体体积当然会被略微压缩一点，很快气体就会达成新的平衡（温度仍和大气相同，内部压强=大气压+一粒沙子产生的额外压强），在被压缩的过程中当然不是严格的平衡态，但和平衡态相差无几（如果沙子的质量趋于零的话，过程中的每一瞬间系统都无限接近于平衡态）。达成平衡后，我们再依次增加沙子，每次增加一粒，平衡后再加下一粒，这样连续地增加下去，当沙子数量很多的时候，气体受到的压强就会有可观的增大，体积就会有可观的压缩（即气体发生了一个宏观的变化）。这样的过程就称为准静态过程（每一粒沙子的质量趋于零就是严格的准静态，每一粒沙子的质量很小但不趋近于零，那么过程就是近似的准静态）。实际过程只可能是近似的准静态过程，不可能是严格的准静态（但理论上我们着重讨论的是严格的准静态）。

3 为什么准静态无摩擦的膨胀,则为可逆过程？

仍然用上面的例子，用定义证明准静态无摩擦的膨胀是可逆过程。把上面的例子少许改一下，假定活塞无摩擦，并且活塞上原先有一堆沙子，现在将沙子一粒一粒取走（每粒沙子质量无限小），显然这个过程是上面过程的逆过程，也显然满足准静态过程的定义。过程中气体温度不变，内能不变（以理想气体为例），膨胀中气体对外做功，必然要从空气中吸取等量的热。容易计算功和热的量都=nRTlnV2/V1，其中n为气体物质的量，T为温度，V2膨胀后体积，V1原体积。

此过程中系统体积膨胀了，压强相应减小了。而外界发生了什么变化呢？外界消耗了nRTlnV2/V1的热量，得到了等量的功。现在我们尝试一下，将取下来的沙子再一粒一粒地放回到活塞上（仍然是一个无摩擦准静态过程），当全部放回后，很明显系统将复原（体积又变回V1，压强又恢复原状，温度也没有变化）。再来看看外界能否复原？同样容易算出该压缩过程外界对系统的做功量=系统放热量=nRTlnV2/V1，即外界消耗了nRTlnV2/V1的功，得到了等量的热量。原膨胀过程外界得到的功在压缩过程中又给了系统，而之前耗去的热量在压缩过程中又从系统中等量补回（总体看起来外界好像什么事情都没发生过一样）。这样，经过了一个逆向（压缩）过程就使得系统和外界都恢复如初，故原无摩擦准静态膨胀过程是可逆过程。

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