4.1　自发过程及其特征

4.1.1　自发现象与过程

自然界中有许多现象是自发发生的，如热由高温物体传给低温物体、锌片放入硫酸铜溶液中后铜就析出、水从高水位流向低水位、气体向真空会自发膨胀等等，这些现象称为自发现象。这种在自然界中不需要外来力的帮助，任其自然就能自动发生的过程，称为自发过程，即体系不需要从环境得到功就可以进行的过程。反之，那些需要借助外来力的帮助才能发生的过程，称为非自发过程，即体系需要从环境得到功才能进行的过程。例如我们可以用电解水的方法制备氢气和氧气、可以用燃烧煤气加热的方法把冷水烧开等，这些过程需要我们对体系做额外的功，就是非自发过程。

思考：

4-4　社会中是否有自发现象？发生在自身上的自发现象有哪些？社会体系和生命体系的自发现象特征如何？

4.1.2　自发过程规律与特征

你有没有思考这些表面的方向性现象背后是否有共同的规律呢？①热自发地由高温物体传向低温物体，直到两物体的温度相等时热传递就终止了，温度差势决定该过程的方向和限度；②化学反应能自发发生，直到锌几乎完全溶解或铜离子几乎完全析出，该过程本质上化学物质活性决定的高电势向低电势变化直至正、逆反应的电势相等（电化学部分阐释），化学电势差决定了该过程方向和限度；③水自发地从高水位流向低水位，直到各处水位都相等时水流停止，水位势高低是决定该过程方向和限度的因素；④气体自发地从高压处流向低压处，直到体系中各处的压力都相等时气体不再传递，压力差是决定过程方向和限度的因素。从这些自发过程的驱动力表象上看，不同类型的自发过程是以不同类型的强度性质作为驱动力的。而从这些自发过程本质分析来看，自发过程始终是高势向低势方向变化，势差是自发变化过程方向和限度的因素，从能量角度来说，自发过程始终朝着能量散失的方向发展。

让我们换个思维方向——分析自发过程的逆过程特点，再来认识自发过程的规律性问题。①热自发从高温传向低温物体直到温度相等；反过来，我们付出电功让制冷机（如冰箱）工作，制冷机就可以把热由低温物体传向高温物体，这一个过程完成后，再考虑体系复原，净的结果是我们付给制冷机的电功完全变成了热留给了环境；②化学反应自发发生直到正、逆反应化学势相等而终止；反过来，我们用电解沉积的方法，可以让该化学反应逆向进行恢复到开始状态，完成这一逆向结果后，体系恢复了原状，而净的结果是我们电沉积付出的电功变成了热留给了环境；③水自发地从高水位流向低水位直至水位相等；反过来，我们给一台水泵供电，水泵就可以将低水位的水送到高水位，完成这一逆过程后，体系恢复了原状，而净的结果是我们给水泵的电功变成了热留给了环境；④气体自发地从高压处流向低压处直到压力相等；反过来，我们给一台压缩机供电，压缩机就可以将低压气体压缩到高压，完成这一个过程后体系复原，而净结果是我们给压缩机的电功变成了热留给了环境。从这些自发过程逆过程的实现可以看出，自发过程的逆过程实现了把功完全转变为热。

鉴于以上自发过程及其逆过程的分析，可得出体系自发过程的特征（为知识结构的整体性，将自发过程特征均呈现于此，但部分内容需要结合后面章节的内容来理解）：①自发变化过程有方向和限度；②自发过程始终向着能量散失的方向发展，其方向性可以用热功转换过程的方向来表示，功可以完全转化为热，而热在不给环境留下痕迹的情况下不可能完全转化为功；③自发过程逆过程为热力学的不可逆过程，一个自发变化过程的逆过程发生后，使体系恢复了原状，但给环境留下了痕迹——热。

思考：

4-5　吃饭、睡觉、遗忘、学习、改革等行为是自发过程吗？

4-6　试阐释“人往高处走、水往低处流”过程的驱动力。

4-7　4.1节总结自然现象得出的体系自发过程及其特征科学严谨吗？

4-8　生命体系、社会体系的变化过程是否符合这里总结的自发过程及其特征？是完全符合、部分符合还是完全不符合？

4-9　自发过程和非自发过程的区别是什么？

4-10　是否可根据体系的功的特征来定义自发过程和非自发过程？如“具有对外做功能力的过程是自发过程；必须由外界提供功才能发生的过程是非自发过程。自发过程能自动发生，非自发过程不能自动发生。”

4-11　体系能发生自发过程的必要条件是什么？