lzu大气物理学 1 热力学基本规律

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大气物理学,1,第六章 大气热力学基础,2,6.1 热力学基本规律,3,问题：,地气系统净收入辐射能量的去向？感热、潜热,4,系统,外界环境,5,大气热力学中讨论的系统,未饱和湿空气，指通常的大气，是二元单相系,含液态水（或冰）的饱和湿空气系统，由水滴或冰晶组成的云和雾。二元多相系。,6,概念,大气中发生变化的那部分空气看作封闭系的假定,准静态过程核准静力条件,气块（微团）模型的规定,7,一、热力学第一定律,由于是封闭系统,8,用于研究大气的热力学第一定律形式,9,广延量与强度量,广延量,（Extensive Quantity）,强度量,（Intensive Quantity）,与系统的大小（空间的范围或自由度的数目）成正比的热力学量。如：系统的质量,M,，摩尔数,n,，体积,V,，内能,U, 等等。,不随系统大小改变的热力学量。例如：系统的压强,p,，温度,T,，密度,，磁化强度,m,，摩尔体积,v,，等等。,10,1、热力学第二定律的表述,2、热力学第二定律的实质,指出了自然界中一切与热现象有关的实际过程都是不可逆过程，它们有一定的自发进行的方向。,不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。,不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其它变化。,（或：第二类永动机是不可能造成的。）,克劳修斯(,Clausius,)说法,：,开尔文(,Kelvin,)说法：,二、热力学第二定律和态函数,11,熵,1. 熵(entropy),或,熵是一个态函数，其单位是 J / K，它是广延量。,12,熵增加原理,1. 热力学第二定律的数学表达式,或,2. 熵增加原理,如果是,绝热过程,，则有：,经绝热过程后，系统的熵永不减少，经可逆绝热过程后熵不变，经不可逆绝热过程后熵增加。,熵增加原理,13,焓,14,吉布斯函数,G,=,U,TS,+,pV,1. 吉布斯函数定义式,在等温等压过程中，除体积变化的功以外，系统对外界所做的功不大于系统吉布斯函数的减少。或者说，系统吉布斯函数的减少是在等温等压过程中，除体积变化的功外，外界从系统所能获得的最大功。, 最大功定理,在等温等压过程中，系统的吉布斯函数永不增加。也就是说，在等温等压条件下，系统中发生的不可逆过程总是朝着吉布斯函数减少的方向进行的。,若系统的体积不变，即,W,1,= 0，则有：,15,热力学函数,U,H,F,G,的全微分,热力学基本微分方程：,d,U = T,d,S p,d,V,由,H = U + pV、,F = U TS,和,G = H TS,易得：,d,H = T,d,S + V,d,p,d,F = S,d,T p,d,V,d,G = S,d,T + V,d,p,麦克斯韦关系式,16,由,U,=,U,(,S,V,)，得：,d,U = T,d,S p,d,V,同理：,比较,可得：,&,17,麦克斯韦( Maxwell )关系,由于,U, H, F, G,均为状态函数，它们的微分必定满足全微分条件，即:,以上四式就是著名的,麦克斯韦关系,（简称为麦氏关系）。它们在热力学中应用极其广泛。,18,单相系的熵和焓,推导过程,19,未饱和湿空气的态函数,20,含液态水的饱和湿空气系统,相变潜热,21,克拉珀龙-克劳修斯方程,22,基尔霍夫方程,23,饱和湿空气系统在绝热过程中,含液态水的饱和湿空气的比焓,24,大气中的能量,（1）内能,单位质量空气的内能：,单位截面气柱内空气的,总内能：,25,（2）势能,单位质量空气的势能即为重力位势。,单位截面气柱内空气的总内能：,26,（3）动能,27,（4）潜热能,28,感热能,湿焓,静力能,全势能,单位质量干空气总能量,单位质量时空气总能量,29,