可逆過程與不可逆過程

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簡介

可逆過程和不可逆過程被用於熱力學中來說明系統的行為。人們周圍經常發生許多化學和物理事件，而這些事件通常不被人們認識到。有些過程甚至無法實現，其存在經常被人忽視。然而，這些過程確實發生，並且參與過程的參與者的狀態存在差異。例如，水沸騰、冰融化、物體燃燒等等。一個方面是相似的，那就是性質的差異。熱或能量交換被歸類為可逆過程和不可逆過程。

什麼是可逆過程和不可逆過程？

可逆過程被描述為一種方法，其中環境和系統可以從最終階段回到實際現象。如果該過程被逆轉，則該過程在不改變宇宙熱力學性質的情況下進行（Magnenet & Schmittbuhl，2020）。

可逆過程分無數個階段進行。該過程的系統有助於在每個過程的最後階段達到平衡。它被認為是一個偏離平衡的熱力學過程。

圖 1：可逆過程和不可逆過程的圖形

不可逆過程被描述為環境和系統無法協同返回其所處的精確階段的過程。自然過程的不可逆性源於熱力學第二定律。電流透過具有電阻的導體的流動被稱為不可逆過程的一個例子（Jones，Lautens & McGlacken，2019）。

不可逆過程具有不可逆反應。不可逆反應是指朝著一個方向進行的反應，其中產物不會協同混合以重新生成反應物。燃料是丁烷和丙烷的混合物，作為本生燈中的燃料，會發生燃燒。

熱力學第二定律

熱力學第二定律有助於表示不可逆過程的結果。正如 Bekenstein (2020) 所指出的，該定律表明能量被轉換或轉移。它有助於說明熱或熱能與能量如何影響物質之間的關係。第二定律基本上依賴於能量的性質，並指出沒有任何東西可以從初始階段發生變化。熱力學第二定律還表明，孤立過程自然傾向於以更無序的狀態再生是可能的（Gabizon 等人，2020）。不可逆過程在物理學中理想地遵循熱力學第二定律，這是熱力學四個定律中最有趣的定律。

不可逆過程和可逆過程的型別

可逆過程通常具有兩種型別，包括內部可逆過程和外部可逆過程。

• 內部可逆過程：系統邊界內沒有不可逆性。該系統指出，當該方法透過平衡階段返回時；它再次改變到類似的階段。

• 外部可逆過程：沒有任何不可逆性。例如，儲層和系統可以考慮在這個因素中。

不可逆過程具有外部物理因素，例如電阻、摩擦、粘度、有限溫度差、表面張力等等。內部型別的不可逆過程中沒有此類變化。

過程不可逆性的因素

不可逆性過程受多種因素的影響，這些因素會導致過程的結果。導致燃料能量轉換為熱能的摩擦會增加不可逆過程（mpei，2022）。當流體在沒有任何限制的情況下膨脹時，會阻止它們在有限的溫度下恢復其原始的熱傳遞形式。

這會抑制過程的逆轉，在這種情況下，所涉及的前向過程是自發的。兩種不同物質的混合物是不可能分離的，因為在這種過程中混合過程也是自發的。因此，可逆過程和不可逆過程的因素取決於物質恢復其原始形式的能力因素。

圖 2：不可逆過程和摩擦

提供可逆過程和不可逆過程的示例

有各種例子可以展示可逆過程和不可逆過程的功能。可逆過程的主要例子之一涉及流體的緩慢而穩定的膨脹和壓縮，在整個過程中均勻地伸展和收縮（Opentextbc，2022）。彈簧的延伸和電解也是可逆過程的例子。不可逆過程涉及各種其他功能；例如，與摩擦相關的相對運動、節流效應、熱傳遞、裂變和電流透過電阻的流動

圖 3：可逆過程和不可逆過程

結論

可逆過程和不可逆過程會影響日常生活中的大部分功能。在第一種情況下，經歷某些變化的物體保留了恢復到其原始形狀的能力。然而，不可逆過程並非如此，在此過程中，轉換後的物體的狀態不會恢復到其原始形式。電流透過電阻的流動與不可逆過程相關，而固體的無摩擦運動是可逆過程的一個例子。

常見問題

Q1. 什麼是可逆過程？

答：如果參與過程的物體和周圍環境都可以恢復到其原始形狀，則該過程可以定義為可逆過程。這是一個熱力學過程。

Q2. 什麼是不可逆過程？

答：不可逆過程是指一旦轉換過程開始，系統和周圍環境都不能恢復到其原始形狀或形式的過程。在汽車發動機的情況下，一旦燃料燃燒並轉化為煙霧和熱量。它無法保留損失的能量，也無法恢復到其原始形狀。

Q3. 可逆過程的一些例子是什麼？

答：彈簧的伸展、氣體的緩慢絕熱和等溫膨脹和壓縮是可逆過程的一些例子。在電解質中沒有電阻的情況下進行的電解過程也是一個例子。

Q4. 不可逆過程的一些例子是什麼？

答：與相關摩擦相關的運動和熱傳遞是不可逆過程的例子。擴散過程也是不可逆的。