热力学流与热力学力

Question

如题所述

Answer 1

体系发生不可逆过程通常是因为体系的某种性质的不均匀性而引起的输运过程。任一不可逆过程可由下式来描述：

J＝LX （5.1）

式中：J为热力学流，是各种过程在单位时间由通过单位截面所输运的物理量的统称；X是引起热力学流的体系的某种性质的梯度，称为热力学力。

若在一不可逆过程中，同时存在一种以上的流和一种以上的力，则会发生不同过程的耦合作用。如果体系热力学驱动力小，偏离平衡态不是太远，其热力学力和流的唯象关系可用下述线性方程式表示：

J_k＝∑L_klX_l （5.2）

该式称为线性输运过程的动力学方程。其中，J_k为第k种热力学流；X_l为第l种热力学力；L_kl是由于第k种热力学力所产生的第l种热力学流的唯象系数；当l＝k时，L_ll或L_kk都是单纯的唯象系数，L_ik则表示交叉唯象系数。

如果体系远离平衡态，或者体系发生输运过程的同时还发生化学反应，则体系的演化过程常常是非线性过程，其动力学方程一般可写为：

J_k＝∑L_klX_l＋∑L_klmX_lX_m （5.3）

因此，热力学流与力的关系式可用来表征体系偏离热力学平衡态的程度：①热力学流和热力学力皆为零，体系处于平衡态，其过程为可逆过程，适用于孤立或封闭体系；②热力学流和热力学力皆不为零的开放体系，边界条件迫使体系离开平衡态，于是发生宏观不可逆过程，此时，如果热力学驱动力很弱，体系偏离平衡不远，热力学流与热力学力之间满足线性关系，体系处于非平衡态的线性区；③当热力学驱动力不是很弱时，体系远离热力学平衡态，此时热力学流是热力学力的非线性函数，体系处于非平衡态的非线性区。