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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:
dU=δQ+δWv+δW'
=-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:
(2)
式(2)中“T1、p1”及“T2、p2”分别代表气块不同高度对应的温度与压强.
式(2)可变形为:
(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:
(4)
式(4)中“Z1,Z2”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:π2≈g (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:
(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:
(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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