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

Question

,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?

Answer 1

你不能把理想化的模型和近似的计算用来分析这样的问题啊。
你这个案例中，理想化的模型太多了
1、外界恒温：外界是不可能恒温的，只是外界是一个很大的空间，一丁点能量传递不足以使之温度发生大的变化。
2、容器导热：容器导热并不奇怪，但你这个案例中，貌似把导热容器理想化了，导热不需要时间。
3、活塞摩擦不计：只能很光滑，内能与活塞获得的机械能相比很小，可以忽略不计；这是一个近似计算，并不意味着摩擦为0

气压由气体温度与气体密度有关（温度决定气体分子撞击容器壁的动能，密度决定单位面积内撞击容器壁分子的数量）
一、开始的时候，由于容器内气体密度高（温度相同），容器内气体推动活塞向外运动。同时容器内气体密度降低，且温度降低（分子动能转化为活塞机械能）。然后容器内气体通过导热容器向外界吸热，并最终达到新的平衡：即容器内气体的气压与温度和外界一致。
此过程能量转化为：容器内气体内能转化为活塞机械能，外界气体内能传递给容器内气体，活塞机械能转化为活塞内能（如果光滑，此能量很小）与外界气体内能；活塞的内能最终传递给外界气体达到温度平衡。
二、此过程不可逆，除非有外力作用。
外力作用于活塞压缩气体的时候，外力做功使活塞内部气体内能增加，容器内气体温度增加 ；（同时外界气体对活塞做功，内能减少），容器内气体通过容器热传递热量给外部气体最终达到平衡。
此过程，容器内气体内能增加，容器摩擦内能增加（很少），但最终通过热传递温度恢复正常。
三、热二定律说内能不能完全传化为机械能是对的，此案例也一样。一过程中，容器内气全内能不光转化为活塞动能，也转化成了外界气体内能与活塞内能。题中的理想化的无质量，无摩擦，外界恒温等条件都是理论化的近似计算的一个计算模型。不能靠这个来推翻热二定律。正是因为这种理想化的模型在世上不存在，所以热二定律才能立足来自：求助得到的回答