绝热功
绝热功(adiabatic work),指系统在绝热过程所做的功。
中文名
绝热功
外文名
adiabatic work
解释
系统在绝热过程所做的功
公式
-W=-ΔU
adiabatic work
系统在绝热过程所做的功。
因为系统不能自环境吸热,故系统只能消耗其自身能量而做功。
根据热力学第一定律,Q=ΔU-W,对于绝热过程,Q=0,故-W=-ΔU。
因此在绝热过程中,系统消耗其内能U而做功。
绝热过程是一个绝热体系的变化过程,即体系与环境之间无热量交换的过程。
当已知一个系统的状态方程时就容易求出它的各种等值过程方程。但没有哪个状态参量在绝热过程中保持不变,因此需要根据热力学定律求出它所要遵守的微分方程,再进行积分才能求出气体的绝热过程方程。下面我们将要求出经典和量子理想气体(包括光子气体)的绝热过程方程,并进行一些必要的讨论。
经典理想气体绝热方程
理想气体绝热过程方程式可根据过程特点从能量方程导出,带入 ,整理得出 。如果近似地把比热当作定值,则绝热指数( )也是定值。将整理出的上式积分可得经典理想气体绝热方程: 常数。[1]
量子理想气体绝热方程
对于非相对论性的粒子,能量与动量的二次方成正比, 或 ,由这种粒子构成的理想气体,它的压强p同能量密度u之间存在如下关系: ,根据热力学第一定律,绝热过程满足 ,可得 常量,这就是非相对论性粒子构成的理想气体(费米理想气体和玻色理想气体;其实包括经典理想气体)的绝热过程。
光子气体绝热方程
光子气体是极端相对论性的理想量子玻色气体,光子的静止质量等于零,它的能量与动量成正比, 或 ,所以光子气体的压强同能量密度之间存在如下关系: ,根据热力学第一定律,绝热过程满足 ,可得 常量,这是光子气体的绝热过程方程。[3]
经典理想气体绝热方程使用注意事项
当利用 常数,以及由此而推得的其它结论,对定熵过程进行数值计算时,由于把比热当作定值,计算结果往往不够准确,尤其是当过程初、终温度变化范围较大时,有较大的误差。因此,在热力发动机要求准确度很髙的设计计算中,常常应用图表计算法,而不应用这些公式。但常数这个公式形式简单,用以作过程分析以求得各种因索的影响,并由此而对热机的工作过程作定性分析时极其方便,用作近似计算也有一定的实用价值。