03大氣熱力學-全文預覽
【正文】 水的相變，液態(tài)水的比容和水汽的比容相比較可以忽略，有 ?1?2 ，所以上式可簡化成 2vdd?TLTp?24 ? 它是由 Clapeyron首先得到 , 并由 Clausius用熱力學理論導出的 , 所以叫克拉珀龍－克勞修斯（ ClapeyronClausius）方程。上式表示兩平衡態(tài)的熵之差與積分路徑無關，只由初、終兩個平衡態(tài)確定 ???xxRTdQSS0)(0無窮小可逆過程中， TdQdS R)(?16 焓 1）定義 PVUH ??2）物理意義：在等壓過程中，系統(tǒng)焓的增量值等于它所吸收的熱量。 熱力學第一定律的表示式 : VpA dδ ?? VpQU dd ??? ( 6. 1 .2 ) 12 常溫常壓下的大氣可以看成是理想氣體 , 內(nèi)能僅是溫度 T的函數(shù)。 外界作功 d A：正號表示外界對系統(tǒng)作功 10 三、熱流量方程 常溫常壓下空氣塊可看作理想氣體，對于單位質(zhì)量的空氣塊，根據(jù)焦耳內(nèi)能定律，有 vd u c d T?AQU δδd ??式中 dU代表在無限靠近的初 、 終兩態(tài)內(nèi)能值的微量差 。 7 ２）規(guī)定（使用氣模型時的約定） a) 此氣塊內(nèi)Ｔ、Ｐ、濕度等都呈均勻分布，各物理量服從熱力學定律和狀態(tài)方程?？僧斪饔筛煽諝夂退M成的二元單相系。 4 系統(tǒng)與外界間互相影響方式：作功、熱傳遞、交換質(zhì)量三種方式 2）大氣熱力學中所討論的系統(tǒng)主要有兩類： a) 未飽和濕空氣系統(tǒng)。 5 3）開放系與封閉系 依據(jù)系統(tǒng)與外界是否交換物質(zhì)分為開放系和封閉系 準靜態(tài)過程和準靜力條件 1）準靜態(tài)過程 一個封閉系統(tǒng)若其經(jīng)歷的某過程進行得無限緩慢，以至于系統(tǒng)在此過程中的每一步都處于平衡態(tài)，則稱此過程為準靜態(tài)過程 6 2）準靜力條件： epp ?P 代表系統(tǒng)內(nèi)部壓強， Pe代表外界壓強 ３、氣塊（微團）模型 １）定義：是指宏觀上足夠小而微觀上又大到含有大量分子的封閉空氣團，其內(nèi)部可包含水汽、液態(tài)水或固態(tài)水。 9 二、熱力學第一定律 １、無限小過程中熱力學第一定律的表達式 設某系統(tǒng)（質(zhì)量為１）經(jīng)歷一個無限小過程， 內(nèi)能改變量為 du: 正號表示系統(tǒng)內(nèi)能增加； 從外界吸熱 dQ: 正號表示系統(tǒng)從外界吸熱 。 又氣塊滿足準靜力條件，即 epp?負號表示 δV與 δA符號相反 ， 系統(tǒng)膨脹時 ，dV ?0， 外界作負功 。根據(jù)濕空氣狀態(tài)方程，以及比定容熱容 cp和比定容熱容 cV的關系 利用 pvp R T c c R? ? ? ?和可得到 pTRcQ V dd)(δ ????ppRTTcpdd ??pTcpTcQ pp d1dddδ ?? ????14 第二節(jié) 態(tài)函數(shù)和克拉柏龍－克勞修斯方程 一、態(tài)函數(shù) 對于Ｐ－Ｖ系統(tǒng)態(tài)函數(shù)包括溫度、內(nèi)能、熵、焓、吉布斯函數(shù)、自由能等 15 １、熵 態(tài)函數(shù)熵Ｓ的定義為 其中， (dQ)Ｒ 表示無窮小可逆過程中，系統(tǒng)所吸收的熱量 (x0)和 (x)是系統(tǒng)給定的兩個平衡態(tài)，積分路線沿 (x0)到 (x)的任意可逆過程進行， S0是初態(tài)時的熵， S是終態(tài)時的熵。 比熵和比焓的計算通常以 p、 T為自變量 ， 因此將它們寫成以下的全微分形式 ， ppsTTssTpddd ?????????????????? ( 6. 1 .2 2 ) pphTThhTpddd ?????????????????? ( 6. 1 .2 3 ) 19 二、相變潛熱與比焓 有一系統(tǒng)質(zhì)量為 1，假設相變過程中由 1相變化到同溫同壓的 2相，根據(jù)熱力學第一定律，所吸收的熱量，即相變潛熱 L應等于比內(nèi)能的增量加上系統(tǒng)對外所做的功，即 121212 )( hhpuuL ?????? ??所以在定溫定壓的封閉系中，相變潛熱可由比焓的變化來度量 20 三、克拉柏龍－克勞修斯方程 1mol（或 1g）物質(zhì)的吉布斯函數(shù)通常稱為化學勢，用 μ來表示 Tspu ??? ?? ( 6. 1 . 3 5 ) 及 pTs ddd ?? ??? ( 6. 1 . 3 6 ) 根據(jù)熱力學理論，當水和水汽兩相平衡時，必須滿足熱平衡條件、力學平衡條件和相變平衡條件： ),(),( 212121pTpTpppTTT?? ????? ( 6 . 1 . 3 7 ) 21 下面將利用相平衡曲線上兩相化學勢相等的性質(zhì)來推導克拉柏龍－克勞修斯方程，當沿著相平衡曲線由（ T , p)變到（ T+dT , p+dp)時，兩相的化學勢變化應相等，即 12dd???dpdTsdpdTs 2211 ?? ?????22 即 2121( 6 . 1 . 3 8 )ssdpdT ???? ? ??應用化學勢的定義式（ ），由相變平衡條件，可得 1 1 1 2 2 2p s T p s T? ? ? ?? ? ? ? ?23 于是有 TLThhTppss ???????? 12112212)()( ????—— （ ） 代入（ ）中，有 21( 6 . 1 . 4
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