Квазистатический процесс

В термодинамике — квазистатический процесс , также известный как квазиравновесный процесс (от лат. quasi , что означает «как будто» ), представляет собой термодинамический процесс , который происходит достаточно медленно, чтобы система оставалась во внутреннем физическом (но не обязательно химическом) термодинамическом равновесии . Примером этого является квазистатическое расширение смеси газообразного водорода и кислорода, при котором объем системы изменяется настолько медленно, что давление остается одинаковым во всей системе в каждый момент времени во время процесса. Такой идеализированный процесс представляет собой последовательность состояний физического равновесия, характеризующуюся бесконечной медлительностью.

Только в квазистатическом термодинамическом процессе мы можем точно определить интенсивные величины (такие как давление, температура , удельный объем , удельная энтропия ) системы в любой момент всего процесса; в противном случае, поскольку внутреннее равновесие не установлено, разные части системы будут иметь разные значения этих величин, поэтому одного значения каждой величины может быть недостаточно для представления всей системы. Другими словами, когда уравнение изменения функции состояния содержит P или T , это подразумевает квазистатический процесс.

с

Хотя все обратимые процессы являются квазистатическими, большинству авторов не требуется общий квазистатический процесс для поддержания равновесия между системой и окружающей средой и предотвращения диссипации. которые являются определяющими характеристиками обратимого процесса. Например, квазистатическое сжатие системы поршнем, подверженным трению , необратимо; хотя система всегда находится во внутреннем тепловом равновесии, трение обеспечивает возникновение диссипативной энтропии, что противоречит определению обратимости. Любой инженер не забудет учесть трение при расчете генерации диссипативной энтропии.

Примером квазистатического процесса, который нельзя идеализировать как обратимый, является медленная передача тепла между двумя телами при двух конечно разных температурах, когда скорость теплопередачи контролируется плохо проводящей перегородкой между двумя телами. В этом случае, как бы медленно ни протекал процесс, состояние сложной системы, состоящей из двух тел, далеко от равновесия, поскольку тепловое равновесие для этой сложной системы требует, чтобы два тела имели одинаковую температуру. Тем не менее, изменение энтропии для каждого тела можно рассчитать, используя равенство Клаузиуса для обратимой теплопередачи.

PV-работа в различных квазистатических процессах

Основные статьи: Работа (термодинамика) и уравнение идеального газа.

1. Постоянное давление: Изобарические процессы ,
   $$W_{1-2}=\int P\,dV=P(V_{2}-V_{1})$$
2. Постоянный объем: Изохорные процессы ,
   $$W_{1-2}=\int PdV=0$$
3. Постоянная температура: изотермические процессы ,
   $$W_{1-2}=\int P\,dV,$$
   где P (давление) зависит от V (объема) через $PV=P_{1}V_{1}=C$, так
   $$W_{1-2}=P_{1}V_{1}\ln {\frac {V_{2}}{V_{1}}}$$
4. Политропные процессы ,
   $$W_{1-2}={\frac {P_{1}V_{1}-P_{2}V_{2}}{n-1}}$$

См. также

• Энтропия
• Обратимый процесс (термодинамика)