准平衡过程

热工基础术语

就热力系本身而言，热力学仅对平衡状态进行描述，“平衡”就意味着宏观是静止的；而要实现能量的转换。热力系又必须通过状态的变化，即过程来完成，“过程”就意味着变化，意味着平衡被破坏。为使“平衡”和“过程”这两个矛盾的概念统一，故引入准平衡过程，它是指在无限小势差的推动下，由一系列连续的平衡态组成的过程。它的实现条件是：推动过程进行的势差无限小，这样可保证系统在任意时刻皆无限接近于平衡态。建立准平衡过程概念的好处：可以用确定的状态参数变化描述过程；可以在参数坐标图上用一条连续曲线表示过程。

定义

系统由一个状态到达另一个状态的变化过程称为热力过程，简称过程。状态改变意味着系统原平衡态被破坏。实际热工设备中进行的过程，都是由于系统内部各处温度、压力或密度的不平衡而引起的，所以过程所经历的中间状态是不平衡的。

如果在热力过程中系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡态，这种过程称为准平衡过程，又称为准静态过程，在状态参数坐标图上可以用连续的实线表示。而非平衡过程由于它所经历的不平衡状态没有确定的状态参数，因而不能表示在状态参数坐标图上。

图像表示

如果用坐标轴代表某两个状态参量，则体系的任意平衡态可以用图上的一个点来描写，非平衡态却不能如此描写，因为非平衡态至少有一个参量是不存在确定值的。

准平衡过程可以在PV图上用实线描述，非平衡过程则用虚线代表，它不能用PV图描述。在准平衡过程中，体系的状态参量不仅有明确的数值，而且与外界的相应参数（如压强）数值相同。

准平衡过程中的功

计算准平衡过程中的功的典例。设有一气缸，活塞的截面积为S。随着气体膨胀，活塞移动了dl后，气体所做的元功为：，式中dV为气体容积的改变。设气体从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，在图中以实线Ⅰ和Ⅱ表示；功dA可以用画有阴影的小面积来表示。从状态Ⅰ变化到状态Ⅱ，气体总功基本等于上述小面积的总和，即曲线下的面积：

。

当气体膨胀，系统对外界做功时，A>0。当气体被压缩，外界对系统做功时，A<0。从图中可知，系统沿虚线所示的过程比沿着实线的过程做的功大。所以，系统由一个状态变化到另一个状态时所做的功，不仅取决于它的始末状态，而且和它经历的过程有关。应用热力学第一定律于有限的准平衡过程得：

上式中是气体初、末两个状态的内能。

应用热力学第一定律于微小准平衡过程得：

我们知道，气体的内能为气体状态的单值函数，气体从一状态变到另一状态，不论其过程如何，其内能的改变为一定值。由热力学第一定律可以推知，气体从一状态变到另一状态，既然内能的变化一定，做功必与过程有关，则气体吸收或放出的热量也与过程有关。

注意事项

实际过程

既要使系统的状态发生变化，又要随时无限接近于平衡态，只有使过程进行得无限缓慢才有可能实现。实际过程都是以有限的速度、在有限时间内进行的，都是不平衡过程。

弛豫时间

理论上，在没有外界作用下，一个系统从非平衡态达到完全平衡态需要很长时间，但是从非平衡态趋近平衡态所需时间往往不很长，这段时间叫做弛豫时间。

实际上，在系统内外的不平衡势（如压力差、温度差等）不是很大的情况下，弛豫时间非常短，可以将实际过程近似地看作准平衡过程。例如：在活塞式热力机械中，活塞运动的速度一般在10 m/s以内，但气体的内部压力波的传播速度等于声速，通常每秒数百米，相对而言，活塞运动的速度很慢，这类情况就可按准平衡过程处理。

理论意义

准平衡过程是实际过程的极限情况，是一种科学抽象。但是，准平衡过程在热学研究中却具有十分重要的意义。实际上，热力学的定量结论只严格地适用于准平衡过程。由于准平衡过程是实际过程的极限情况，所以热力学结论一方面绐我们提供了实际过程的定量界限（如热效率），另一方面也为实际过程给出间接的数量关系。当状态量的变化与过程无关时，可用准平衡过程代替非平衡过程来计算两个状态之间的变化）。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省

云南省