1.2. Термодинамический процесс

Термодинамическим процессом называется совокупность последовательных состояний, через которые проходит термодинамическая система (рабочее тело) при ее взаимодействии с окружающей средой.

Если при этом все состояния, через которые проходит рабочее тело, будут равновесными, то такой процесс называется равновесным.

Равновесным называется состояние рабочего тела, когда во всех точках его объема давление, температура, удельный объем и все другие физические свойства одинаковы.

Очевидно, что в полной мере равновесные процессы неосуществимы, т.к. основание возникновения всякого процесса есть нарушение равновесия системы.

Равновесный процесс можно представить как предельный для процессов, в которых рабочее тело проходит через отдельные состояния, настолько мало отличающиеся от равновесных, что их можно практически принять за равновесные. Такие процессы, являющиеся как бы равновесными, квазистатическими, будут тем ближе к равновесным, чем с меньшей скоростью они осуществляются.

Процессы, в которых рабочее тело принимает неравновесные состояния, называются неравновесными. Неравновесность реальных процессов определяется прежде всего тем, что под влиянием внешних условий они протекают с конечными скоростями и в рабочем теле не успевает устанавливаться равновесное состояние.

Всякое произвольно взятое равновесное состояние рабочего тела в трехосной системе координат p -  - T изображается точкой, лежащей на термодинамической поверхности. Равновесный процесс изобразится на этой поверхности некоторой кривой. Графическое изучение термодинамических процессов, широко применяемое в термодинамике, естественно, было бы затруднено применением пространственной системы координат. Поэтому такое изучение осуществляется обычно на одной из координатных плоскостей (чаще всего плоскость p - ), на которую проектируется рассматриваемый процесс.

Следовательно, каждому равновесному процессу в системе координат p,  соответствует определенный график, имеющий уравнение вида f (p, ) = 0, называемое уравнением процесса.

Неравновесные состояния и неравновесные процессы не могут изображаться в системе координат p, .

Графически они могут быть изображены лишь условно.

Одним из важнейших понятий термодинамики является понятие об обратимых и о необратимых процессах. Равновесные процессы, осуществление которых возможно в прямом и обратном направлениях, причем таким образом, что в обратном процессе система проходит через те же промежуточные состояния, что и в прямом процессе, но лишь в обратной последовательности, называются обратимыми. Если процесс АВ будет обратимым и газ в нем последо-

вательно проходит через состояния А а в ... к В, то возможен обратный процесс ВА, в котором газ проходит через состояния В к ... с в а А (рис. 1.3).При этом работа, совершаемая в обратном процессе внешней средой, будет равна работе, осуществляемой в прямом процессе рабочим телом. Следовательно, если прямой и обратный равновесные процессы возвращают рабочее тело и окружающую среду в их начальное состояние, то такие процессы будут обратимыми. Необратимыми называют процессы, при

проведении которых в прямом и затем в обратном направлении рабочее тело и окружающая среда не возвращаются в исходное состояние. Необратимые процессы или совершенно невозможно осуществлять в обратном направлении, или обратное направление возможно лишь при затрате энергии извне. Обязательным условием обратимости процесса является его равновесность. Все неравновесные процессы необратимы.