1樓:青海果洛人
系統和外界之間的熱量交換過程。如把大氣作為整體來考慮,非絕熱加熱過程主要包括:
(1)輻射:大氣的最根本能源是太陽輻射。但它只有一小部分直接為大氣所吸收;一部分被地表面吸收,使地面增溫;其餘則被地球和大氣反射回宇宙空間(見大氣環流的能量平衡和轉換)。
此外,大氣還吸收地面的長波輻射,同時大氣本身也放射長波輻射。通過輻射過程,大氣可以獲得或喪失能量。
(2)感熱輸送:通過傳導、湍流和對流等過程,將地面的熱量輸送給大氣。
(3)潛熱釋放:空氣中水汽的凝結或凝華過程和水滴的凍結過程,都將有大量的潛熱釋放,這是對流層大氣獲得熱能的重要方式之一。除上述非絕熱加熱之外,還有在高層大氣中的化學和光化學效應釋放能量(見大氣化學、平流層和中層大氣物理學、大氣臭氧層)。
非絕熱加熱過程對中期和長期天氣過程以及氣候的形成和變化,都有重要的作用。
非絕熱加熱對大氣局地擾動位能的影響和機理
編輯研究背景
在經典大氣能量學框架下,全位能被分解為可以釋放轉化成動能的有效部分和不可釋放的無效部分。對於這一能量有效性問題的研究,人們通常使用大氣有效位能的基本概念,基於此來**位能與動能的轉換、能量迴圈以及大氣環流的維持,並將其拓展到海洋能量學的研究中。但以往這些研究中,有效位能的概念大多隻具有全球平均意義,反映了大氣或海洋系統的整體能量有效性。
然而,大氣系統內部的能量收支、分佈與轉化都具有明顯的局地性特徵,這種具有明顯局地意義的能量異常變化必然會對局地大氣環流的變化產生顯著影響。因此,考察局地能量有效性問題對於瞭解局地大氣環流的變動極為重要。
大氣能量學的變化與作為大氣外源的非絕熱加熱關係尤為密切。大氣環流的異常變化與大氣輻射強迫、潛熱釋放以及下墊面加熱等非絕熱過程緊密關聯。非絕熱加熱對全球和局地的大氣能量有效性均具有顯著影響。
因此,在前面研究基礎上,進一步**非絕熱加熱對擾動位能的影響特徵和相關機理,對於理解擾動位能與非絕熱加熱的關係以及擾動位能主模態的形成問題具有重要意義。考察擾動位能與代表非絕熱加熱的變數場之間的耦合相關特徵,進而揭示非絕熱加熱對於代表局地能量有效性特徵的擾動位能的影響機理。 [1]
資料和方法
利用美國ncep/ncar(national centers for environment prediction/national center for atmospheric research)再分析資料,所用資料時段為1948--2023年,每年取冬季(11月一次年3月)作為研究物件;格點資料解析度取為5°×5°,主要針對熱帶(南北緯30°之間)北半球熱帶外地區(20°n以北到極地)進行分析。所用變數分別為計算得到的整層積分的擾動位能,各標準氣壓層的三維大氣溫度場和風場,以及表面溫度場和氣壓場。使用的海表溫度(sea su***ce temperature,sst)資料集為美國氣候資料中心提供的擴充套件重構的海表溫度資料。
大氣中的非絕熱加熱是維持大氣環流運轉和發展天氣系統的主要熱力強迫因子。非絕熱加熱(冷卻)過程構成了大氣內能的源(匯)項,並在大多數天氣現象(如對流、鋒面、天氣系統等)中起著決定性作用。非絕熱加熱率的估算一般有直接和間接的方法。
對於直接方法,通過分別估計非絕熱加熱各分量,例如潛熱釋放可以從降水率來估計或從向外長波輻射來估算。然而,這樣的估計通常不能反映非絕熱加熱的垂直分佈特徵,而且,一般也不可能對全球尺度的不同非絕熱加熱各分量有較為可信的估計。對於間接方法,它是利用熱力學能量方程,從大氣環流資料來計算作為剩餘項的非絕熱加熱。
其優點是完整的三維空間的大氣環流資料可供利用,而這些資料的觀測精度相對比較可靠,而且,如果非絕熱加熱是從現代數值天氣預報模式提供的分析資料間接計算得到的,那麼這種餘差法是最為準確的。通過直接利用現有各個層次上再分析資料等計算非絕熱加熱率的方法,我們得到了全球三維空間非絕熱加熱(視熱源)分佈。擾動位能與非絕熱加熱場之間耦合關係通過奇異值分解(singular value de***position,svd)分析技術加以實現。
有關這一方法的說明詳見文獻 [2] 附錄。
結論與討論
天氣和氣候異常現象與大氣系統內部的局地能量源(匯)密切相關,而這與非絕熱加熱是密不可分的。旨在考察非絕熱加熱對大氣擾動位能的影響特徵,並在此基礎上初步**其機理問題。分析結果表明,海表溫度和擾動位能二者主耦合型與enso變率關係密切,而海溫異常對熱帶外擾動位能的影響模主要在太平洋一北美區域存在顯著訊號,此外,全球表面溫度對大氣擾動位能有很顯著的影響特徵。
在進一步研究了大氣中視熱源與擾動位能的相關機理問題後,結果顯示,低緯地區兩場仍主要以enso模態為主要耦合型,而在熱帶外地區相關關係要弱一些,視熱源異常耦合模態表現出與北半球環狀模類似的特點。
熱帶非絕熱加熱對熱帶外地區大氣環流異常的影響作用,可能是通過局地擾動位能的途徑加以實現的,回答這一問題,需要借鑑以往關於低緯加熱異常與中高緯環流異常的關係和機制研究工作。
理想氣體的自由膨脹過程是等溫還是絕熱過程
2樓:春素小皙化妝品
絕熱過程。
由於體系經歷絕熱過程,故與外界無熱交換。又由於氣體向真空自由膨脹,外壓為零,故體系對環境做功也為零。由熱力學第一定律可得體系內能的變化為零,理想氣體的內能只是溫度的函式,所以理想氣體絕熱自由膨脹後溫度將恢復原來的溫度。
說明:1、雖然理想氣體絕熱自由膨脹後溫度恢復,但整個過程並不是恆溫過程。
2、理想氣體絕熱自由膨脹過程是非準靜態過程,除初,末態外,系統每一時刻都處於非平衡態。
3、對於實際氣體,溫度一般不會恢復到原來溫度。
實驗證實參見焦耳實驗:容器分為兩室,左邊貯有理想氣體,右邊為真空.如果將隔板抽開,左室中的氣體將向 b室膨脹。這是氣體對真空的自由膨脹,最後氣體將均勻分佈於兩室。
溫度與原來溫度相同。氣體膨脹後,我們仍可用活塞將氣體等溫壓回左室,使氣體回到初始狀態。
不過,此時我們必須對氣體作功,所作的功轉化為氣體向外界傳出的熱量,根據熱力學第二定律,無法通過迴圈過程再將這熱量完全轉化為功,所以氣體對真空的自由膨脹過程是不可逆過程。
擴充套件資料
熱力學系統始終不與外界交換熱量 , 即q =0 的過程 。理想氣體準靜態絕熱過程的方程為pvr=常量,其中p 、v 是理想氣體的壓強、體積,γ=cp/cv是定壓熱容與定體熱容之比。根據熱力學第一定律,在絕熱過程中,系統對外所作的功等於內能的減少量。
根據熱力學第二定律,在可逆的絕熱過程中,系統的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統中進行的過程,或由於過程進行得太快,來不及與外界有顯著熱量交換的過程,都可近似地看作絕熱過程。例如內燃機、蒸汽機汽缸中工作物質的膨脹過程。
壓汽機汽缸中的壓縮過程,汽輪機噴管中的膨脹過程,以及氣象學中空氣團的升降過程,還有聲波在空氣中的傳播過程等,都可當作絕熱過程處理。
在和周圍環境之間沒有熱量交換或者沒有質量交換的情況下,一個系統的狀態的變化。大氣層中的許多重要現象都和絕熱變化有關。例如,在大氣層的下層通常存在著溫度隨高度而遞減,主要就是由於空氣絕熱混合的結果。
導致水蒸汽凝結、雲和雨形成的降溫作用,主要是由於空氣上升時溫度下降的結果;晴朗的、乾燥的天氣通常是與空氣下沉引起的增溫變幹作用有關。上升空氣的降溫作用和下沉空氣的增溫作用主要是由於空氣的絕熱膨脹和絕熱壓縮的結果。
如果一個受到增溫作用或降溫作用的系統通過輻射和傳導與周圍發生熱量交換,那麼就稱之為非絕熱過程(diabaticprocess)。
絕熱過程是一個絕熱體系的變化過程,絕熱體系為和外界沒有熱量和粒子交換,但有其他形式的能量交換的體系,屬於封閉體系的一種。
絕熱過程有絕熱壓縮和絕熱膨脹兩種。常見的一個絕熱過程的例子是絕熱火焰溫度,該溫度是指在假定火焰燃燒時沒有傳遞熱量給外界的情況下所可能達到的溫度。現實中,不存在真正意義上符合定義的絕熱過程,絕熱過程只是一種近似,所以有時也稱為絕熱近似。
絕熱過程分為可逆過程(熵增為零)和不可逆過程(熵增不為零)兩種。可逆的絕熱過程是等熵過程。等熵過程的對立面是等溫過程,在等溫過程中,最大限度的熱量被轉移到了外界,使得系統溫度恆定如常。
由於在熱力學中,溫度與熵是一組共軛變數,等溫過程和等熵過程也可以視為「共軛」的一對過程。
如果一個熱力學系統的變化快到足以忽略與外界的熱交換的話,這一變化過程就可以視為絕熱過程,又稱「準靜態過程」。準靜態過程的熵增可以忽略,所以視作可逆過程,嚴格說來,在熱力學中,準靜態過程與可逆過程沒有嚴格區分,在某些文獻中被作為同義詞使用。
同樣的,如果一個熱力學系統的變化慢到足以靠與外界的熱交換來保持恆溫的話,該過程則可以視為等溫過程。
3樓:匿名使用者
自由膨脹不是準靜態過程。所以不能通過過程來計算熵變。因為初末態的溫度相等,可以設計一個等溫膨脹過程來計算其熵變。可以發現熵變是增大的。
4樓:pasirris白沙
理想氣體的來
自由膨脹:
a、是絕熱源過程;
b、也是等溫過程。
.真實氣體的自由膨脹:
a、是絕熱過程;
b、但不是等溫過程。
.相關的英文:
.理想氣體 = ideal gas;
真正氣體 = real gas;
自由膨脹 = free expansion;
等溫過程 = isothermal process;
絕熱過程 = adiabatic procee;
等容過程 = isometric process;
等壓過程 = isobaric process。.
5樓:匿名使用者
不能簡單地說是來等溫或絕熱過
自程。理想氣體的自由膨脹是一個吸熱過程,而壓縮是一個放熱過程,因此不是等溫過程。而至於是否是「絕熱過程」,要看氣體容器的材質與構造(比如容器是否是真空、絕緣材料及相應的結構),與氣體膨脹的本身無關。
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