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可逆干绝热过程
对于定质量的气块,它的状态是由气压(p)、温度(T)、和任意一个湿度参数(如比湿q)共同决定,而气块在垂直升降运动过程中其状态不断发生变化,因此必须获得气块状态变量随高度变化规律
在垂直升降运动过程中,气块中所含的水汽始终未达到饱和,没有发生相变的绝热过程,称为干绝热过程。这里的干表示未饱和气块在绝热过程中没有发生水相的变化,并非指不含有水汽。由于满足垂直运动的三个基本假设,即绝热条件、准静态条件、静力平衡条件,因此他又是可逆过程,常称为可逆干绝热过程。
可逆湿绝热过程
含义
气块上升时到等熵凝结高度以上,水汽开始凝结并释放出潜热,如果饱和气块继续上升且凝结物全部保留在气块内,并与外界无热量交换;当气块下沉增温湿,这些凝结物又蒸发,使气块始终维持饱和状态,所耗的潜热与原来释放的潜热相等,沿逆过程后仍能回到原来的状态,这样的过程称为可逆湿绝热过程,又称为湿绝热过程,这里的“湿”表示在饱和的绝热气块内发生水相变化。
可逆湿绝热过程是一个等熵过程,虽然在可逆式绝热过程中发生了相变,但水汽和凝结出来的液态水总质量(mv mt)不变,干空气质量md也不变。
可逆湿绝热方程
可逆湿绝热过程是一个等熵过程,因此可以利用熵函数来推导湿绝热方程。由于可逆过程熵不变,即dS=0,即可得到可逆湿绝热方程
可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。
绝热条件下,
可逆的绝热过程分为可逆干绝热过程和可逆湿绝热过程
在热力学的绝热过程中,如果内能不变那么熵就不会改变。熵,热力学中表征物质状态的参量之一,通常用符号S表示。在经典热力学中,可用增量定义为 dS=(dQ/T)可逆 ,式中T为物质的热力学温度;d...
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根据理想气体状态方程和绝热过程方程,联立求解可得各状态参数关系为:
由绝热过程方程可知,绝热过程在图1 p-v图中是一条高次双曲线,而可逆绝热过程为定熵过程,在图1 T-s图上为一条垂直线。如图1所示,图1中1-2为绝热膨胀过程,1-2‘为绝热压缩过程。今后为区别可逆绝热过程与不可逆绝热过程(有熵增),而把可逆绝热过程称为定熵过程。
当已知一个系统的状态方程时就容易求出它的各种等值过程方程。但没有哪个状态参量在绝热过程中保持不变,因此需要根据热力学定律求出它所要遵守的微分方程,再进行积分才能求出气体的绝热过程方程。下面我们将要求出经典和量子理想气体(包括光子气体)的绝热过程方程,并进行一些必要的讨论。
经典理想气体绝热方程
理想气体绝热过程方程式可根据过程特点从能量方程导出
量子理想气体绝热方程
对于非相对论性的粒子,能量与动量的二次方成正比,
光子气体绝热方程
光子气体是极端相对论性的理想量子玻色气体,光子的静止质量等于零,它的能量与动量成正比,
经典理想气体绝热方程使用注意事项
当利用
绝热压缩属于绝热过程,绝热过程热力学系统始终不与外界交换热量, 即dQ =0 的过程。根据热力学第一定律,在绝热过程中,系统对外所作的功等于内能的减少量。根据热力学第二定律,在可逆的绝热过程中,系统的熵不变。用良好绝热材料隔绝的系统中进行的过程,或由于过程进行得太快,来不及与外界有显著热量交换的过程,都可近似地看作绝热过程。例如内燃机、蒸汽机汽缸中工作物质的膨胀过程, 压汽机汽缸中的压缩过程,汽轮机喷管中的膨胀过程,以及气象学中空气团的升降过程,还有声波在空气中的传播过程等,都可当作绝热过程处理。
绝热过程是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。
绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。