余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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气块的干绝热过程——热力学第一定律表示式

已有 816 次阅读 2024-5-22 11:05 |系统分类:教学心得

       本文拟介绍气块干绝热过程的热力学第一定律表示式,供参考.

 1.气块的干绝热过程

       将大气中具有微小容积的宏观空气微团称为气块;如果在上升(或下降)过程,①气块与周围环境不发生

热交换;②不发生水相的变化;则称该过程为干绝热过程.

       气块的干绝热过程对应的热力学第一定律表示式,参见如下式(1)所示:

        dUQWvW'

             =-pdV                       (1)

 备注:为研究方便,气块的干绝热过程有效功视为0,即:δW'=0.

  2. 气块干绝热上升过程的热力学性质

        气块上升过程,空气越往上越稀薄,外压(pe)不断减小,气块体积不断膨胀; 

        由式(1)可知:“-pdV”值不断减小,dU值亦减小,气块温度将降低.

   2.1 泊松方程

       泊松方程[1]是描述气块干绝热过程中,气块压强与温度的经验关系式,参见如下式(2)所示:

       image.png         (2)

       式(2)中“T1p1”及“T2p2”分别代表气块不同高度对应的温度与压强.

       式(2)可变形为:

       image.png    (3)

       式(3)显示:气块干绝热上升过程,p2<p1,则:T2<T1.

       即:干绝热上升过程,气块压强减小,温度将降低;这与式(1)讨论结果一致.

       另:对于气块干绝热上升过程,气块温度与气块上升高度关系参见如下式(4)所示:

       image.png     (4)

      式(4)中“Z1Z2”代表气块所处不同高度;“Γd”代表气块的干绝热垂直递减率,单位为

“℃/100m”.

  3. 各类常数间关系

       自然界各类常数之间常存在一些莫名关系,比如:π2g           (5)

       式(5)中“π”表示圆周率,π=3.14;“g”表示重力加速度,g=9.80m/s2.

       物理学中单摆周期计算公式,参见如下式(6)所示:

        image.png                (6)

        式(6)中“t”代表单摆的周期,单位为s;“l”代表单摆的摆长,单位为m.

        将式(5)代入式(6),并整理可得:

        image.png                        (7)

         式(7)为单摆周期计算的简化式.

         需明确科学研究不应缺少科学依据,单凭表象就轻易得出结论.

   4. 结论

        ⑴气块的干绝热过程对应的热力学第一定律表示式为“dU=-pdV”;

        ⑵气块的干绝热上升过程,空气越来越稀薄,外压不断减小,气块体积将膨胀,导致气块热力学能降低,

温度亦降低;

        ⑶气块位能(或动能)属于外部能量,与热力学能无关.

参考文献

[1]戴树桂主编, 环境化学,北京:高等教育出版社.1996:11-12.  



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