欢迎访问有用文档网!

当前位置: 有用文档网 > 作文大全 >

多方过程的实用解析

| 浏览次数:

摘要:气体的多方过程是热力学中具有重要应用价值的课题,天空和星球上的气团运动大都属于多方过程,多方过程是以多方指数而不是以热容量为基准定义的.

关键词:物理化学 教材编写 理想气体 多方过程 星球气团 创新思维

高等教材编写的方向应该要更多地与实际应用相结合。在编写物理化学教材的过程中深感与实际联系的迫切,写出一些更新教材与化学工作者分享,在这里也希望化学界的专家学者多提宝贵意见和建议,积极加入到我们的行列中来。

在讲到热力学第一定律的应用时,理想气体的多方过程是一个难点,目前的物理化学教材对这一专题都没有作进一步的深入和展开,这样极大地限制了读者的想象空间,也不利于培养创新意识。教材编写应始终把挖掘创新能力放在首位,对教材中的一些重点和难点进行适度的深入和展开,为拓展初学者的思维空间铺平道路。[2]

在热力学第一定律一章中,现有物理化学教材都对理想气体的等值(等温等压等容以及绝热)过程进行了充分的讨论,但是气体发生的实际过程大都不是这几个等值过程,而是介于等值之间的复杂过程,热力学上称这种过程为多方过程.研究理想气体的多方过程具有重要的实用价值,能够用来解决热力工程上的许多实际问题,天空和星球上的气团运动也大都属于多方过程,这在气象学和天体物理学中具有重要意义。[3]

多方过程类似于理想气体的绝热过程,下面先来建立这一过程方程.低压下的气体一般都可以视为理想气体,并假定过程是可逆的,因而有

式中K、K、K为积分常数,称热容差比,又称多方指数(polytropic exponent),多方的含义是指方程中的某个物理量(T、P or V)具有多次方的形式.上述方程是多方过程的定义式,即只有满足上述方程的过程才为多方过程,推导上述方程时引入了理想气体、过程可逆以及多方指数为常数的限定条件,下面逐一分析这些条件的意义。

低压下的气体一般可视为理想气体,这一限定条件使得多方方程只适用于低压气体,大气中的气团运动满足理想气体的条件,内燃机气缸内的压力较高,与理想气体所得结果相差较大.过程可逆意味着过程进行得很慢是准静态的,如果一个实际过程进行得很快,严格说来不能视为多方过程.另外,如果气体的各种热容量都是常数,那么多方指数也一定是常数,这满足多方过程的定义.但是有些教材中以热容量为常数来定义多方过程却是不妥的,因为一般说来,理想气体的定压热容量Cp、定容热容量Cv以及多方热容量C都不是常数,但只是温度的函数.对于单原子分子理想气体而言,各种热容量基本上不随温度变化;而对于多原子分子理想气体而言,若温度变化范围不是很大,也可以近似地将热容量视为常数;而且即使热容量C随温度变化明显,有时也可以满足(C-Cv)或(C-Cp)或比值为常数,即多方指数λ基本上不随温度变化的条件,这时仍然可以推导出多方方程.可见,多方过程应是低压气体(也可以是其他非凝聚系统)在温度变化范围不是很大的情况下发生的比较缓慢的一切实际过程.

由多方方程可见,各种等值过程都可以看作是多方过程的几个特例,λ=0:等压过程,λ=1:等温过程,λ=γ:绝热(等热容)过程,:等容过程.最具有实用价值的多方过程是介于等温线和绝热线之间的过程,这时:1<λ<γ.其中γ=Cp/Cv是定压热容与定容热容之比,Cp=Cv+R,对于单原子理想气体:,对于实际气体也有Cv>R,因而有1<γ<2,一般地有γ~1.5.根据多方指数的不同取值,可以将多方过程划分成不同的四种类型.

1、星球气团

这是介于等温线与等压线之间的多方过程,多方指数:0<λ<1 ,热容量最大:,多方过程的热容量见图1.正过程是升温膨胀的吸热过程,逆过程是降温压缩的放热过程.

这种情形多属自然现象,天空或星球上的气团变化就属于此种情形.白天气团吸收热量,温度升高,向外膨胀;夜间向外界放出热量,温度降低,同时向内收缩.

2、制冷原理

多方指数介于1和绝热指数之间:1<λ<γ,即多方过程介于等温线与绝热线之间。热容量为负值:,热容量为负值表示温度升高反而向外界放热,或温度降低反而从外界吸热。正过程是一个升温压缩的放热过程,表明系统的温度高于环境的温度;逆过程是降温膨胀的吸热过程,表明系统的温度低于环境的温度。

这是工程上经常遇到的情形.其正过程是为了获得高温高压气体,当快速加压气体时,由于过程进行得很快,气体的温度和压力都会进一步升高,同时由于气体的温度高于环境的温度,还不可避免地伴随着向环境放出少量热量.其逆过程是制冷机的工作原理,这是通过膨胀致冷获得超低温气体的有效方法。为了获得超低温气体,可以先将高压气体冷却,然后再令其膨胀,随着压力的降低,气体的温度将会进一步降低,从而获得超低温气体,在这一过程中,系统不可避免地要从环境吸收部分热量,为了减少吸热,可令其快速膨胀。

3、热机原理

这是介于等容线与绝热线之间的多方过程,多方指数:,热容量:0

这和上面的第二种情形类似,只是压缩升温时,气体的温度低于环境的温度,因而伴随着从环境吸取一部分热量,这是热机压缩升温的原理。逆过程是当气体的温度高于环境的温度时,降温膨胀对外作功的同时向环境释放出余热,这是热机膨胀作功的原理。热机处于绝热线与等容线之间工作时,由于气体的热容量较小,通常能够获得较高的输出功,四冲程汽油机和回热式制冷机都是采用了这一原理。[4]

IV爆炸气体

介于等压线与等容线之间的多方过程,多方指数:,热容量:Cv

参考文献

[1]朱元举.评精品《物理化学》教材中存在的问题(一)——热力学第一定律的统计解释[J],2010,37(8):185..(广东化工2010年第8期,第37卷总第208期).

[2]朱元举主编.物理化学,待出版.

[3]马本堃,高尚惠,孙煜.热力学与统计物量[M]:24.(人民教育出版社,1980年9月第一版).

[4]李椿,章立源,钱尚武.热学[M]:186-190.(人民教育出版社,1978年9月第一版).

推荐访问:多方 解析 过程 实用

热门排行Top Ranking

支部组织生活方面存在问题清单和整改措施 党组织生活个人问题整改清单

下面是小编为大家精心整理的支部组织生活方面存在问题清单和整改措施党组织生活个人问题整改清单文章,供大家阅读参考

2021年党员个人问题清单及整改措施 党组织生活个人问题整改清单

下面是小编为大家精心整理的2021年党员个人问题清单及整改措施党组织生活个人问题整改清单文章,供大家阅读参考。

浅析军队战斗力损耗的新变化

关键词:军队;战斗力损耗;新变化军队战斗力的结构,是战斗力各要素间的结合方式和相互关系。军队战斗力的

小学六年级毕业演讲稿100字左右9篇

小学六年级毕业演讲稿100字左右9篇小学六年级毕业演讲稿100字左右篇1敬爱的老师,亲爱的同学们:大

问题及整改措施 (2) 药房个人存在问题及整改措施

下面是小编为大家精心整理的问题及整改措施(2)药房个人存在问题及整改措施文章,供大家阅读参考。精品文章《问题及

个人问题清单及整改措施(最新) 能力作风建设个人问题清单及整改措施

下面是小编为大家精心整理的个人问题清单及整改措施(最新)能力作风建设个人问题清单及整改措施文章,供大家阅读参考。在认真

疫情防控赞美警察诗朗诵 关于警察的诗朗诵

下面是小编为大家精心整理的疫情防控赞美警察诗朗诵关于警察的诗朗诵文章,供大家阅读参考。疫情防控赞美警

纳税人满意度调查存在不足及对策探讨 提升纳税人满意度的方式方法有哪些

下面是小编为大家精心整理的纳税人满意度调查存在不足及对策探讨提升纳税人满意度的方式方法有哪些文章,供大家阅读参考。纳

小学思想品德教育面临的问题及对策

摘要:小学思想品德课程是小学教育教学过程中不可或缺的一门综合性课程,它对学生良好品德的形成具有重要影

2020党支部班子查摆问题清单及整改措施 农村党支部问题清单

下面是小编为大家精心整理的2020党支部班子查摆问题清单及整改措施农村党支部问题清单文章,供大家阅读参

消防安全检查简报 派出所校园消防安全检查简报

下面是小编为大家精心整理的消防安全检查简报派出所校园消防安全检查简报文章,供大家阅读参考。简报第2期申扎县中学

2021教师党员年度个人总结8篇

2021教师党员年度个人总结8篇2021教师党员年度个人总结篇1敬爱的党组织:我是一个普通年轻的人民