多方过程和准静态过程的关系
- 格式:ppt
- 大小:51.00 KB
- 文档页数:15
理想气体多方过程只是任意过程的一个特例孙晓林;尹钊【摘要】一些教材中认为理想气体多方过程可以代替成任意过程。
通过对理想气体任意过程的分析,认为这些教材的见解是不太合适的,理想气体多方过程只是任意过程的一个特例。
%There are the assumption in some textbooks that ideal gas polytropic process can be replaced by arbitraryprocess.According to the analysis of ideal gas polytropic process,thought that the ideas in those textbooks is inappropriate,and the ideal gas polytropic process only is one exception of arbitrary process.【期刊名称】《高师理科学刊》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】4页(P35-37,38)【关键词】理想气体;多方过程;任意过程【作者】孙晓林;尹钊【作者单位】江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏徐州 221116;江苏师范大学物理与电子工程学院,江苏徐州 221116【正文语种】中文【中图分类】O414.11 教材中多方过程的分析很多教材[1-3]认为,在气体中进行的过程常常既不是等温又不是绝热的,而是介于二者之间的过程.部分教材认为,在气体中进行的过程系统和外界有部分热交换,这种过程叫多方过程,或者说,气体实际经历的过程都是多方过程[4].在实用上,常常用公式表达在气体中进行的实际过程.显然,多方过程相较于教材中的等值过程具有更普遍的意义.例如:若n=0时,式(1)表示等压过程;当n=1时,式(1)表示等温过程;当n=γ时,式(1)表示绝热过程;当n=∞时,式(1)表示为等容过程.除此之外,还有一些其他的过程可用多方过程来表示.文中相关符号含义见文献[1].多方过程的热容量和吸热公式分别为微分 pVn=C,得消去dp,dV,dT,得多方过程热容量当温度变化不大时,γ和CV为常数,故Cn为常数.在一个有限的准静态过程中,系统的体积由V1变到V2时,系统对外界所做的总功为2 理想气体任意过程的分析综上可知,教材[1-4]认为多方过程具有普遍性可以代替任意过程,但我们认为多方过程并不能完全代替任意过程,它只是其中的一个特例.例如其中:K和a为正常数.式(9)不能写成 npV=C的过程,它的热容量不为常数,气体的做功也不能用表示.2.1 p=−kV+a 过程的分析关于求解多方过程中的吸热、放热、内能变化和热容量等问题各教科书都有很详细的介绍,但对于普遍情况下 p=f( V)的求解则介绍很少.有些书中提出用 pV n=C 来表达气体进行实际过程[5-8],有些文章提出可以用多方过程的微分形式对任意过程进行分析[9],即利用多方过程将p-V图上各区域的任意过程按n划分(见图1,其中:区域I内1≤n≤γ;区域II内γ≤n≤∞),然后直接套用多方过程的公式进行分析和计算.但是一个任意的p=f( V)过程,如p =−KV+a,其n无法确定,当然也就不能套用多方过程的公式.可见,对多方过程的分析并不一定适用于一般p=f( V )过程,多方过程只是 p=f( V )的特例.以p =−KV +a为例分析各物理量变化情况,说明多方过程的求解不能代替任意过程.图1 多方过程的微分形式分析图图2 p=−KV+a 过程吸、放热图2.2 p =-K V+a 过程中的吸、放热和热容量设有一可逆热力学过程p=-K V+a ,见图2直线CD所示(其中:点E,H的坐标分别为有一等温过程(T=常量)与直线CD交于A, B两点.在AB区间内,直线过程上各点的温度都高于T;而在AC和BD区间的温度都低于T.如讨论1 mol理想气体,则有进而由p =-KV+a可知V−T关系(见图 3)为抛物线,其中:点E的坐标为由图3可以看出,当时,体积增大,温度降低;当时,体积增大,温度升高.即如图 2中EC段,体积增大,温度升高;ED段,体积增大,温度降低.但这并不意味着CE段一定吸热,ED段一定放热,因为对于过程中的每一个无限小的过程,它的热容量都是变量,它可为正、可为负、也可以为零,具体讨论如下:图3 p=-KV +a 过程中的V−T关系由式(10)可知,其中:“+”号对应图3中曲线的分支ED,“-”号对应分支EC),则根据其中:i为某一常数,设对于图2中的CE段,有(C为热容量).因为 a-KV> 0,所以C>0,如果dT>0,则dQ>0,所以CE段吸热,热容量为正.对于图2中的ED段,有显然,ED段的热容量的正负决定于i,T等.令C=0,取i=3,则从而,给出ED段上的H点(见图 2).EH段的热容量C为负,dT<0,则dQ>0;HD段的热容量C为正,dT<0,则dQ<0.可以看出,p=−KV+a过程的热容量不是常量,这与多方过程的热容量是常量相互矛盾.为了讨论热容量的正负,选择T为自变量.如果只是求过程中吸、放热,则选V 为自变量更方便些.由可知当时,则dQ=0,过程没有热交换;当时,dV>0,则过程放热;当时,dV>0,则过程吸热.可以很方便地求出直线(AB段)一段较长过程中的做功、内能的变化、纯吸热、纯放热,只需求出H点,分别对式(11)、式(12)、式(13)积分即得.由于不等于因此,不能用多方过程求功的公式来计算,也无法求出n,这些都与多方过程的计算公式相矛盾,所以理想气体任意过程不能完全由多方过程来代替.参考文献:[1] 李椿,章立源,钱尚武.热学[M].2版.北京:高等教育出版社,1979[2] 顾建中.热学教程[M].北京:人民教育出版社,1982[3] 李法和.分子物理学基础[M].济南:山东科技出版社,1983[4] 符五久,徐小华.熵的变化与热力学过程方程之间的联系[J].大学物理,1988,17(6):封三[5] 熊吟涛.热力学[M].北京:人民教育出版社,1962[6] 北京大学.普通物理学·热学分子物理[M].北京:人民教育出版社,1964[7] 李椿.热学[M].北京:人民教育出版社,1978[8] 梁绍荣.普通物理学·热学部分[M].北京:北京师范大学出版社,1986[9] 李鸿寅.理想气体任意准静态过程吸、放热研究[J].大学物理,1987(1):17。
对《多方过程的定义及其和准静态过程的关系》一文中的几点讨论【摘要】本文对《多方过程的定义及其和准静态过程的关系》一文中所涉及的几个问题进行了讨论,并提出自己的观点。
【关键词】热学多方过程准静态过程可逆过程1.引言大学物理期刊第25卷、第2期(2006.2.),刊登的《多方过程的定义及其和准静态过程的关系》一文(文后简称《文章》),指出了:基础物理学里的热学部分内容涉及的多方过程定义,各种教材里并未完全统一,而且彼此之间的差别还较大这一现实情况,并讨论了一些教材对多方过程定义的不完善之处,认为pvn=常量,n 为常数,定义多方过程是较完善的观点,而且用此观点讨论了多方过程和准静态过程的关系,这对规范教材和教学都有一定的积极作用。
但是《多方过程的定义及其和准静态过程的关系》一文中讨论的一些观点,我认为有欠妥之处,甚至是不对的。
这些不对的观点,会对授课教师和学习学生造成对基本概念的误解。
为此,就《文章》中的一些观点做些讨论和说明并提出自己的观点。
2. 《文章》中欠妥观点的讨论及自己观点的阐述2.1 热学中所涉及到的多方过程概念,对于所有物质的聚集态可以使用吗?《文章》认为:采用pvn=常量,定义多方过程最适宜,我也认为这对规范教材和教学都有一定的积极作用。
但是《文章》中这样阐述:“在比较多的教材里采用以下的定义:若系统在某过程中满足pvn=常量(1)且n=常数,则称此过程为多方过程[1]。
不过,由于许多教材是在讲到对气体(特别是对理想气体)应用热力学第一定律时引入多方过程的,因此有时往往就把系统局限为气态来进行具体的讨论。
其实,即使对于其他的物质聚集状态,多方过程的概念也是可以使用的。
”这就是说,pvn=常量,且n=常数,定义多方过程最适宜。
pvn=常量,且n=常数,定义的多方过程的概念,对于其他的物质聚集状态,也是可以使用的。
这样的观点我认为不妥,是错误的。
因为,物质的聚集态有:气态、液态、固态、等离子态、超密态。
多方过程的定义和特征作者:舒纯军廖红艳来源:《商情》2016年第44期【摘要】本文讨论了多方过程的定义,以及与准静态过程的关系;然后推导了理想气体多方过程方程;最后分析了在T-S图中,理想气体四个等值过程和一般的多方过程曲线的特点。
与多方过程的P-V图相比,T-S图更加直观地反应了多方过程中能量的变化规律,同时根据P-V图也很容易计算出热机效率和制冷系数。
【关键词】多方过程准静态过程 T-S图多方指数一、引言多方过程在很多领域中都有十分重要的应用价值。
比如在气象学、热工学中的过程基本上都是多方过程。
但是对多方过程的定义,不同教材[1,2]和文献[3,4]里并不完全相同。
在大多数物理学教材中的定义是:如果在某一过程中,系统的状态参量和满足:常量(1)其中多方指数n为常数,此过程称为多方过程。
大多数教材都是在讨论热力学第一定律的应用(主要是应用于气体,特别是理想气体)时引出的多方过程,因而通常就把研究对象局限于气态;其实,对于系统的其它聚集状态,也同样存在着多方过程。
有一些教材定义的多方过程为满足(1)式,但将多方指数n局限于取1与(绝热指数,即定压热容量与定容热容量之比)之间的数值,这样准静态的等压过程和准静态的等容过程都不是多方过程。
另外一些教材,将“在过程中外界和系统之间有热交换的过程”(甚至包括非静态过程)都称为多方过程。
还有一些教材,将“系统的热容量为常量的过程”称为多方过程;事实上,等热容量过程和多方过程是两个不同的概念。
二、多方过程和准静态过程根据“ 常量”的定义,对于多方过程所经历的任意一个中间状态而言,其状态参量P和V 都有确定的值,是平衡态,因此多方过程必定是准静态过程;但是准静态过程中的状态参量P 和 V不一定都满足关系式“ 常量”,因而准静态过程不一定是多方过程。
所以多方过程只是准静态过程的特例。
但是无限小的准静态过程又都是无限小的多方过程[5]。
对于任意一个准静态过程,都可以视为是许多个甚至无穷多个连贯的无限小的准静态过程组成的;一个准静态过程,即便不是多方过程,但也可以看成是许多个无限小的多方过程(其多方指数n是可以不相等的)组成的。