Термодинамический процесс. 
Процессы и аппараты химической технологии.

Изменение состояния термодинамической системы во времени называется термодинамическим процессом (см. разд. 3.6). Так, при перемещении поршня в цилиндре, объем, давление и температура газа изменятся, будет совершаться процесс расширения или сжатия газа.

Как уже отмечалось, система, выведенная из состояния равновесия, и предоставленная самой себе при постоянных параметрах окружающей среды, через некоторое время вновь придет в равновесное состояние, соответствующее этим параметрам. Такое самопроизвольное (без внешнего воздействия) возвращение системы в состояние равновесия называется релаксацией, а промежуток времени, в течение которого система возвращается в состояние равновесия — время релаксации.

Термодинамический процесс называется равновесным, если все параметры системы меняются достаточно медленно по сравнению с соответствующим процессом релаксации.

Чтобы процесс был равновесным, скорость изменения параметров системы (dA/dx) должна соответствовать виду:

где А — параметр, наиболее быстро изменяющийся в рассматриваемом процессе; С^ - скорость изменения этого параметра в релаксационном процессе; Трел — время релаксации.

Рассмотрим процесс сжатия газа в цилиндре. Если время смещения поршня от одного положения до другого существенно превышает время релаксации, то в процессе его перемещения давление и температура по всему объему цилиндра выравниваются. Это выравнивание обеспечивается непрерывным столкновением молекул, в результате которого подводимая к газу энергия от поршня достаточно быстро и равномерно распределяется между ними. Если последующие смещения поршня будут происходить аналогичным образом, то состояние системы в каждый момент времени будет практически равновесным.

Таким образом, равновесный процесс состоит из непрерывного ряда последовательных состояний равновесия, поэтому в каждой его точке состояние термодинамической системы можно описать уравнением состояния данного рабочего тела. Именно поэтому классическая термодинамика оперирует только равновесными процессами. Они являются удобной идеализацией реальных процессов, позволяющей во многих случаях существенно упростить решение задачи. Такая идеализация вполне обоснована, так как условие (10.6) на практике выполняется достаточно часто. Поскольку механические возмущения распространяются в газах со скоростью звука, то процесс сжатия газа в цилиндре будет равновесным, если скорость перемещения поршня значительно меньше скорости звука.

Процессы, не удовлетворяющие условию (10.6), протекают с нарушением равновесия, т. е. являются неравновесными. Если быстро увеличить температуру окружающей среды, то газ в цилиндре будет постепенно прогреваться через его стенки, релаксируя к состоянию равновесия, соответствующему новым параметрам окружающей среды. В процессе релаксации газ не находится в равновесии с окружающей средой и его нельзя характеризовать уравнением состояния хотя бы потому, что в разных точках объема газа температура различна.