饥荒冰川怎么弄掉:自发过程的特征!

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2024/05/07 04:12:35

自发过程的特征
自然界中存在着许多能够自动发生的过程,即是不需要人为干涉而自行发生的变化。例如,两个温度不同的物体相接触,热总是由高温物体传向低温物体,直至两物体达到温度相同为止;而从未见到热由低温体传向高温体这一过程能自动发生。

类似的例子,还可举出很多。水总自动地从高处流向低处。水流动的原因是两处的水位不同,有“水位差” Δ h 存在;水位差越大,水自动向下流动的趋势越大,直到 Δ h =0时,水的流动才会停止。而相反的过程,即水决不会自动从低水位流向高水位,除非借助水泵做功。

电流总是自动地从高电势流向低电势;气体总是从高压区流向低压区;流体中的扩散总是从浓度大的区域向着浓度较小的区域,相反的过程决不会自动发生。这些过程之所以自动进行,是由于系统中存在着电势差( Δ V )、压力差( Δ p)和浓度差(Δ c ),过程总是向减少这些差值的方向进行,直到上述差值消失。

这些没有外力作用或人为干预而能自动进行的过程,叫做自发过程。大多数自发过程都有对外做功的能力。只要有适当的装置,就可以获得有用功。例如,水流可以转动水轮机;一个自发的化学反应,可通过电池而产生电流、做电功等。非自发过程只是不能自动发生,需要靠外界做功才能进行。

人们通过长期的实践,概括出能够反映一切自发过程的本质特征。

1.自发过程具有不可逆性,即它们只能朝某一确定的方向进行。自发过程之所以单向进行,是由于系统内部存在某种性质的差别(如温度差 Δ T 等),过程总是向着消除这些差值的方向进行。换言之,这些差值就是推动过程自动发生的原因和动力。反之,自发过程的逆过程就不可能自动进行,若要它们进行,必须借助外力,即环境对系统做功。这样,环境和系统都不可能恢复到原有状态。

2.过程有一定的限度——平衡状态。当上述过程的温差 Δ T 、水位差  

Δ h 、电势差 Δ V 、压力差Δ p、 和浓度差 Δ c   分别为零时,就达到了一个相对静止的平衡状态,这就是自发过程在一定条件下进行的限度。可见,不可逆过程就是系统从不平衡状态向平衡状态变化的过程。

3.有一定的物理量判断变化的方向和限度。例如,在传热传导中,用温度可判断过程的方向和限度,变化方向是从高温物到低温物,温度差为零时,就是过程的限度,即热传导不再进行。在水流过程中,水位可以判断过程的方向和限度,其余如压力、电势和浓度可分别判断气流、电流和物质扩散等过程的方向和限度。这些物理量统称为过程的判据

对于化学反应,有无判据来判断它们进行的方向和限度呢?早在十九世纪中叶,曾提出一个经验原则:“任何没外界能量参与的化学反应,总是趋向于能放热更多的方向”。显然,这是将焓作为化学反应方向和限度的判据。这个原则可从说明不少化学反应,但它是片面的,其主要是无法说明吸热反应的存在。例如,一定量的固体硝酸铵溶于水中,是一吸热过程,却可自动进行;理想气体的混合,在压力相同、温度不变时,也能自动进行等等。类似的例子还可举出不少。此外,上述原理无法说明大多数化学反应的可逆性。因此,焓不能作为化学反应的判据。对于化学反应的自发性也有相应的判据来判断