第四节 热力过程、准平衡过程和可逆过程

一、热力过程

热能与机械能的相互转换或热能的转移必须通过热力系统的状态变化来实现。热力系统由一个状态向另一个状态变化时所经历的全部状态的总和称为热力过程，简称过程。

二、准平衡过程

实际热力过程打破了工质的平衡状态，促使工质向新的状态变化，故实际过程是不平衡的，热力学对其不好描述。为简化起见，过程中热力系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的热力过程称为准平衡过程（或准静态过程）。否则，称为非平衡过程（或非准静态过程）。准平衡过程的每一个状态都可以当做平衡状态处理，可以用确定的状态参数描述，可以在参数坐标图上用一条连续的曲线表示。而非平衡过程却不行。

怎么样才能实现准平衡过程呢?其应满足的条件是：推动过程进行的势差为无限小。势差为无限小即要求外界对热力系统的作用必须缓慢到足以使热力系统内部能及时恢复不断被破坏的平衡。例如，在2000r/min的活塞式压气机中，活塞运动的速度（过程进行的速度）一般在10m/s以内，但气体的内部压力波的传播速度（恢复平衡的速度）通常为每秒数百米，所以活塞式压气机进行的热力过程可以当作准平衡过程。

三、可逆过程

准平衡过程仅是简化了热力过程中热力系统内部状态的描述，对于热力系统与外界间的能量交换并未专门考虑。例如，活塞气缸内的气体对外膨胀做功的热力过程，由于存在摩擦，气体所做的功量与外界获得的功量数量不同，也就是说存在能量耗散。仅系统与外界交换的功量数量这一问题，用准平衡过程来描述就非常繁杂。为了简化热力过程中热力系统与外界间的能量交换情况的描述，热力学建立了可逆过程的概念。

热力系统经历一个过程之后，如果能使热力系统与外界同时恢复到初始状态而不留下任何痕迹，则称这一过程为可逆过程。否则就是不可逆过程。可逆过程的定义仅要求过程结束后，具备热力系统与外界同时恢复到初始状态的可能性，并不要求必须回到初始状态。实现可逆过程的充要条件是：推动过程进行的势差为无限小，而且不存在任何耗散效应。对比实现可逆过程与准平衡过程的充要条件可知：可逆过程就是无耗散效应的准平衡过程，可逆过程与准平衡过程的差异在于有无耗散效应。可逆过程必然是准平衡过程，但准平衡过程却不一定是可逆过程。