4.1　自發過程及其特征

4.1.1　自發現象與過程

自然界中有許多現象是自發發生的，如熱由高溫物體傳給低溫物體、鋅片放入硫酸銅溶液中后銅就析出、水從高水位流向低水位、氣體向真空會自發膨脹等等，這些現象稱為自發現象。這種在自然界中不需要外來力的幫助，任其自然就能自動發生的過程，稱為自發過程，即體系不需要從環境得到功就可以進行的過程。反之，那些需要借助外來力的幫助才能發生的過程，稱為非自發過程，即體系需要從環境得到功才能進行的過程。例如我們可以用電解水的方法制備氫氣和氧氣、可以用燃燒煤氣加熱的方法把冷水燒開等，這些過程需要我們對體系做額外的功，就是非自發過程。

思考：

4-4　社會中是否有自發現象？發生在自身上的自發現象有哪些？社會體系和生命體系的自發現象特征如何？

4.1.2　自發過程規律與特征

你有沒有思考這些表面的方向性現象背后是否有共同的規律呢？①熱自發地由高溫物體傳向低溫物體，直到兩物體的溫度相等時熱傳遞就終止了，溫度差勢決定該過程的方向和限度；②化學反應能自發發生，直到鋅幾乎完全溶解或銅離子幾乎完全析出，該過程本質上化學物質活性決定的高電勢向低電勢變化直至正、逆反應的電勢相等（電化學部分闡釋），化學電勢差決定了該過程方向和限度；③水自發地從高水位流向低水位，直到各處水位都相等時水流停止，水位勢高低是決定該過程方向和限度的因素；④氣體自發地從高壓處流向低壓處，直到體系中各處的壓力都相等時氣體不再傳遞，壓力差是決定過程方向和限度的因素。從這些自發過程的驅動力表象上看，不同類型的自發過程是以不同類型的強度性質作為驅動力的。而從這些自發過程本質分析來看，自發過程始終是高勢向低勢方向變化，勢差是自發變化過程方向和限度的因素，從能量角度來說，自發過程始終朝著能量散失的方向發展。

讓我們換個思維方向——分析自發過程的逆過程特點，再來認識自發過程的規律性問題。①熱自發從高溫傳向低溫物體直到溫度相等；反過來，我們付出電功讓制冷機（如冰箱）工作，制冷機就可以把熱由低溫物體傳向高溫物體，這一個過程完成后，再考慮體系復原，凈的結果是我們付給制冷機的電功完全變成了熱留給了環境；②化學反應自發發生直到正、逆反應化學勢相等而終止；反過來，我們用電解沉積的方法，可以讓該化學反應逆向進行恢復到開始狀態，完成這一逆向結果后，體系恢復了原狀，而凈的結果是我們電沉積付出的電功變成了熱留給了環境；③水自發地從高水位流向低水位直至水位相等；反過來，我們給一臺水泵供電，水泵就可以將低水位的水送到高水位，完成這一逆過程后，體系恢復了原狀，而凈的結果是我們給水泵的電功變成了熱留給了環境；④氣體自發地從高壓處流向低壓處直到壓力相等；反過來，我們給一臺壓縮機供電，壓縮機就可以將低壓氣體壓縮到高壓，完成這一個過程后體系復原，而凈結果是我們給壓縮機的電功變成了熱留給了環境。從這些自發過程逆過程的實現可以看出，自發過程的逆過程實現了把功完全轉變為熱。

鑒于以上自發過程及其逆過程的分析，可得出體系自發過程的特征（為知識結構的整體性，將自發過程特征均呈現于此，但部分內容需要結合后面章節的內容來理解）：①自發變化過程有方向和限度；②自發過程始終向著能量散失的方向發展，其方向性可以用熱功轉換過程的方向來表示，功可以完全轉化為熱，而熱在不給環境留下痕跡的情況下不可能完全轉化為功；③自發過程逆過程為熱力學的不可逆過程，一個自發變化過程的逆過程發生后，使體系恢復了原狀，但給環境留下了痕跡——熱。

思考：

4-5　吃飯、睡覺、遺忘、學習、改革等行為是自發過程嗎？

4-6　試闡釋“人往高處走、水往低處流”過程的驅動力。

4-7　4.1節總結自然現象得出的體系自發過程及其特征科學嚴謹嗎？

4-8　生命體系、社會體系的變化過程是否符合這里總結的自發過程及其特征？是完全符合、部分符合還是完全不符合？

4-9　自發過程和非自發過程的區別是什么？

4-10　是否可根據體系的功的特征來定義自發過程和非自發過程？如“具有對外做功能力的過程是自發過程；必須由外界提供功才能發生的過程是非自發過程。自發過程能自動發生，非自發過程不能自動發生。”

4-11　體系能發生自發過程的必要條件是什么？