为什么理想气体可自由膨胀？

Question

如题所述

Answer 1

先明确一下“可逆”的明确意义：它是指一个过程发生后，体系和环境能同时回到该过程发生前的状态，而不引起任何变化。自由膨胀的定义也尤其需要明确：“自由”二字是指膨胀时气体不受外界阻碍，所以气体不对环境做功，即-W=0。在理想气体的自由膨胀过程中。△U=0,W=0,Q=0（由理想气体的概念决定）。
现在的问题就是是体系（理想气体）和环境能否同时复原，而不引起任何变化。当体系复原时，环境必对体系做功，即W>0，但△U=0，所以Q<0。也就是说，欲使体系复原，环境必然付出了一定的功，换来了等量的热。但是由热二律的Kelvin版本：“热不能完全转化为功，而不引起任何变化。”可知环境是无法在体系复原的同时复原而不引起任何变化了。也就是说，理气的自由膨胀是不可逆的。