一个容器内有气体,容器侧面有一无摩擦的质量不计的活塞,容器导热,外界恒温.如果气体压强大于外界大气压,会发生恒温膨胀,气体对外做功,并从外界吸收热量.
有如下疑问:
1,这个过程是不是可逆的?当平衡后再用外力对活塞施压并作同样多的功,可以完全恢复原状,也不产生其他影响.从这个角度看,是可逆的.但是从热二律的本质是任何自发过程都是不可逆的角度看,这也是一个自发过程啊,那它应该又是可逆的?
2,热二律告诉我们,内能不可能自发地完全转化为机械能.但这个例子好像就是自发地把外界的热量完全转变成了机械能.是哪里出问题了?
【外界恒温.如果气体压强大于外界大气压,会发生恒温膨胀,】这个过程是明显的不可逆过程，也是明显的非准静态过程。该过程不能称为（气体）恒温膨胀，过程的中间状态不是平衡态（或无限趋近于平衡态），气体各部分温度可能不等，从而系统没有明确的温度。只能说系统初态和终态温度与外界相同（且外界保持恒温），有些教材将这样的过程称为等温过程，但没有人将其称为恒温过程。
【当平衡后再用外力对活塞施压并作同样多的功,可以完全恢复原状】
系统不可能恢复原状，因为膨胀时外界压强恒为大气压，而压缩时外部压强必须时时大于系统压强，而系统压强从最初的1大气压时时增加。故体积变化相等时，一定是压缩过程做功大。从而以膨胀过程对外做的功来进行压缩，不足以使系统体积被压缩到原先状态。
要使系统复原，必须在压缩的时候外界做更多的功，故整个膨胀压缩过程中，外界发生了净的功变热（系统内能经历一个循环不变，外界输入系统的功，必然以热的形式放回到外界），即系统复原的同时，外界无法复原（外界在使系统复原的同时，消耗了有序运动的能量----功，得到了无序运动的能量-----热量）。
【但是从热二律的本质是任何自发过程都是不可逆的角度看,这也是一个自发过程啊】
没错，这是自发过程，当系统和外界存在有限大小的压强差的时候，系统将自发从高压状态变成低压状态，与外界取得压力平衡。自发过程当然是不可逆的。
【热二律告诉我们,内能不可能自发地完全转化为机械能，但这个例子好像就是自发地把外界的热量完全转变成了机械能.是哪里出问题了?】
这个问题的确有些费解。首先要明确所谓自发就是未受到外界的任何影响，也不对外界产生任何影响。即自发过程针对的是孤立系统。也即你说的外界（大气）实际上是整个孤立系统的一部分，而整个孤立系统包括了气缸中气体和大气以及题中并未指明的做功机械部件，这部分机构是必然存在的，它们是机械能的载体，它们的存在都对气体膨胀有影响，或气体膨胀对它们都有影响）。气体膨胀过程的确有一部分大气的内能自发地“看似完全地”变成了机械能，但一旦膨胀到等压，膨胀结束，所有机构将停止运动，即动能变为零，这部分动能跑到哪里去了？有一部分动能可能变成重力势能或电能等其它形式能量，但实际过程不可能完全避免摩擦，故在内能转化成机械能的同时，必有一部分机械能又转化回内能。只有（无摩擦的）可逆过程（可逆过程必然无摩擦）内能才可能完全转化为机械能，而不存在同时的反向转化，而可逆过程不是自发过程。所以说“内能不可能自发地完全转化为机械能”
如有不明欢迎追问。
【当平衡后再用外力对活塞施压并作同样多的功,可以完全恢复原状】
系统不可能恢复原状，因为膨胀时外界压强恒为大气压，而压缩时外部压强必须时时大于系统压强，而系统压强从最初的1大气压时时增加。故体积变化相等时，一定是压缩过程做功大。从而以膨胀过程对外做的功来进行压缩，不足以使系统体积被压缩到原先状态。
要使系统复原，必须在压缩的时候外界做更多的功，故整个膨胀压缩过程中，外界发生了净的功变热（系统内能经历一个循环不变，外界输入系统的功，必然以热的形式放回到外界），即系统复原的同时，外界无法复原（外界在使系统复原的同时，消耗了有序运动的能量----功，得到了无序运动的能量-----热量）。
【但是从热二律的本质是任何自发过程都是不可逆的角度看,这也是一个自发过程啊】
没错，这是自发过程，当系统和外界存在有限大小的压强差的时候，系统将自发从高压状态变成低压状态，与外界取得压力平衡。自发过程当然是不可逆的。
【热二律告诉我们,内能不可能自发地完全转化为机械能，但这个例子好像就是自发地把外界的热量完全转变成了机械能.是哪里出问题了?】
这个问题的确有些费解。首先要明确所谓自发就是未受到外界的任何影响，也不对外界产生任何影响。即自发过程针对的是孤立系统。也即你说的外界（大气）实际上是整个孤立系统的一部分，而整个孤立系统包括了气缸中气体和大气以及题中并未指明的做功机械部件，这部分机构是必然存在的，它们是机械能的载体，它们的存在都对气体膨胀有影响，或气体膨胀对它们都有影响）。气体膨胀过程的确有一部分大气的内能自发地“看似完全地”变成了机械能，但一旦膨胀到等压，膨胀结束，所有机构将停止运动，即动能变为零，这部分动能跑到哪里去了？有一部分动能可能变成重力势能或电能等其它形式能量，但实际过程不可能完全避免摩擦，故在内能转化成机械能的同时，必有一部分机械能又转化回内能。只有（无摩擦的）可逆过程（可逆过程必然无摩擦）内能才可能完全转化为机械能，而不存在同时的反向转化，而可逆过程不是自发过程。所以说“内能不可能自发地完全转化为机械能”
如有不明欢迎追问。
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第1个回答 2012-04-02
热力学第二定律中不产生其他影响的理解：1.没有体积改变；2.没有消耗其它能量。
当平衡后再用外力对活塞施压并作同样多的功,可以完全恢复原状，但消耗了外界能量，已经产生了其他影响
内能不可能自发地完全转化为机械能，这个例子有外力参与做功把外界的热量完全转变成了机械能，所以不是自发的
当平衡后再用外力对活塞施压并作同样多的功,可以完全恢复原状，但消耗了外界能量，已经产生了其他影响
内能不可能自发地完全转化为机械能，这个例子有外力参与做功把外界的热量完全转变成了机械能，所以不是自发的
第2个回答 2012-04-03
第一个问题，你用外力对活塞施压做功，消耗了功，这不是产生的其它影响吗，可逆过程要求系统和外界都不发生变化，你外界对系统做功了，肯定发生了变化。
第二个问题，首先内能和热量是两回事，一个状态量一个过程量，热量全部转化为机械能是可以的（热力学第二定律说热量不可能全部转化为功而不引起其它变化）。
第二个问题，首先内能和热量是两回事，一个状态量一个过程量，热量全部转化为机械能是可以的（热力学第二定律说热量不可能全部转化为功而不引起其它变化）。
