多方过程的实用解析.docx

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1、多方过程的实用解析 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 志向气体 多方过程 星球气团 创新思维 高等教材编写的方向应当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共享，在这里也希望化学界的专家学者多提珍贵看法和建议，主动加入到我们的行列中来。 在讲到热力学第肯定律的应用时，志向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化和绽开，这样极大地限制了读者的想象空间，也不利于培育创

2、新意识。教材编写应始终把挖掘创新实力放在首位，对教材中的一些重点和难点进行适度的深化和绽开，为拓展初学者的思维空间铺平道路。2 在热力学第肯定律一章中，现有物理化学教材都对志向气体的等值过程进行了充分的探讨，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困难过程，热力学上称这种过程为多方过程.探讨志向气体的多方过程具有重要的好用价值，能够用来解决热力工程上的很多实际问题，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 多方过程类似于志向气体的绝热过程，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志向气体，并假定过程是可逆的，因而有

3、式中K、K、K为积分常数，称热容差比，又称多方指数，多方的含义是指方程中的某个物理量具有多次方的形式.上述方程是多方过程的定义式，即只有满意上述方程的过程才为多方过程，推导上述方程时引入了志向气体、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志向气体，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意志向气体的条件，内燃机气缸内的压力较高，与志向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，假如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，假如气体的各种热容量都是常数，那么多方指数也肯定是常数，这满意多方过程的

4、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，志向气体的定压热容量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.对于单原子分子志向气体而言，各种热容量基本上不随温度改变；而对于多原子分子志向气体而言，若温度改变范围不是很大，也可以近似地将热容量视为常数；而且即使热容量C随温度改变明显，有时也可以满意或或比值为常数，即多方指数基本上不随温度改变的条件，这时仍旧可以推导出多方方程.可见，多方过程应是低压气体在温度改变范围不是很大的状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，=0：等压过程，=1：等

5、温过程，=：绝热过程，：等容过程.最具有好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：1R，因而有12，一般地有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：01 ，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改变就属于此种情形.白天气团汲取热量，温度上升，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，即多方过程介于等温线与绝热线之间。热容量为负值：，

6、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。 这是工程上常常遇到的情形.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上升，同时由于气体的温度高于环境的温度，还不行避开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，系统不行

7、避开地要从环境汲取部分热量，为了削减吸热，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：0CCp.正过程是升温压缩的吸热过程，逆过程是降温膨胀的放热过程。 这和上面的其次种情形类似，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纳了这一原理。4 IV爆炸气体 介于等压线与等容线之间的多方

8、过程，多方指数：，热容量：CvCCp.正过程是一个温度压力体积同时升高的吸热过程，逆过程则是一个温度压力体积同时减小的放热过程.如果一个系统的温度压力和体积同时增大了，那么这个系统必定从环境吸收了许多热量，燃烧和爆炸都属于此种类型。 参考文献 1朱元举.评精品物理化学教材中存在的问题热力学第肯定律的统计说明J，2022，37：185. 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. 4李椿，章立源，钱尚武.热学M：186-190. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页