在一定環(huán)境條件下,系統(tǒng)發(fā)生由始態(tài)到終態(tài)的變化,稱之為熱力學(xué)過程,簡稱為過程。在不同的物理化學(xué)教材中,對(duì)于等溫過程的定義存在較大的爭議,因此提出了對(duì)等溫過程的準(zhǔn)確定義進(jìn)行辨析的需要。
1恒溫過程和等溫過程的理解等溫過程的定義在物理化學(xué)教材中大概有兩種不同的表述:
(l)等溫過程是指系統(tǒng)的溫度維持不變且等于環(huán)境的溫度的過程。
(2)等溫過程是指環(huán)境溫度恒定不變,系統(tǒng)的始終態(tài)溫度相等并等于環(huán)境溫度的過程。系統(tǒng)溫度在過程中途可能發(fā)生變化,也可能不變陣4。如果在等溫過程中系統(tǒng)的溫度也恒定,則稱為恒溫過程。
恒溫過程,顧名思義,就是無論是開始、終了還是在系統(tǒng)的變化過程中,系統(tǒng)溫度都保持不變。那么等溫過程呢?如果按照種定義,等溫過程和恒溫過程沒有區(qū)別,但仔細(xì)分析,這兩個(gè)過程是不同的,但在一定的條件下是等同的。如圖1所不,把氣缸置于恒溫?zé)嵩粗?,?dāng)活塞上的壓力緩慢減小(或增加)時(shí),缸內(nèi)氣體將緩慢膨脹(或壓縮)而做功,同時(shí)氣體與熱源不斷交換熱量而保持溫度不變,這就實(shí)現(xiàn)了氣體的等溫過程。由理想氣體的狀態(tài)力一程式PVNRT可知P1V1=PZV2=PVNRT恒量。在數(shù)學(xué)的角度來看,P=NRTlV這一函數(shù)式是波動(dòng)曲線的擬合,也就是即使過程中溫度有波動(dòng),即低于曲線,或者高于曲線,但正偏差和負(fù)偏差之和等于零,也可以近似看作等于曲線下的而積(圖2)。
圖2為等溫膨脹圖,其物理意義為當(dāng)內(nèi)外的壓力只差無限小,系統(tǒng)內(nèi)的氣體緩慢做功,且無摩擦等消耗,即系統(tǒng)和環(huán)境能完全J灰復(fù)原狀,這說明變化過程每一瞬間,系統(tǒng)內(nèi)部都能通過外部的恒溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換,來維持系統(tǒng)的溫度時(shí)刻與環(huán)境的溫度相等,這就是所謂的可逆過程。但是,這種可逆過程只是一種理想的過程,實(shí)際上是辦不到的。
因?yàn)橐粋€(gè)過程必定引起狀態(tài)的變化,而狀態(tài)的改變一定破壞平衡,也就是不能使系統(tǒng)的溫度時(shí)刻與環(huán)境的溫度相等,即存在溫度的波動(dòng)性。即使等溫過程不是恒溫過程,但當(dāng)一個(gè)過程進(jìn)行得非常非常慢,速度趨向于零,這樣就有足夠的時(shí)間使氣體的壓力由微小的不均勻變?yōu)榫鶆颍瑫r(shí)使系統(tǒng)能瞬間與外部恒溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換而保持溫度不變時(shí),此時(shí),等溫過程與恒溫過程相同,或者說恒溫過程就是等溫可逆過程。在沒有明確區(qū)分恒溫過程還是等溫過程的時(shí)候,必須根據(jù)上下文進(jìn)行判斷。如果問題中涉及緩慢等字樣,或很明顯過程可視為可逆過程,那么二者是一回事,系統(tǒng)溫度維持不變并與環(huán)境溫度相同。反之明顯是一個(gè)快速變化的過程,就只能理解為外部熱源溫度恒定,而系統(tǒng)溫度不恒定。http://66091.cn