| 热力学 |
| --- |
| 经典的卡诺热机T（熱庫）、Q（熱量）、W（功）
H（高溫）、C（低溫） |
| 分支
* 经典
* 统计
* 化学
* 量子热力学

* 平衡（英语：） / 非平衡
 |
| 定律
* 第零
* 第一
* 第二
* 第三
 |
| 系统
* 封閉系統
* 孤立系統

| 状态 |
| --- |
| * 状态方程
* 理想氣體
* 實際氣體
* 相 / 物质状态
* 平衡
* 控制體積
* 仪器（英语：）
 |
| 过程 |
| * 等压
* 等体
* 等温
* 绝热
* 等熵
* 等焓
* 准静态
* 多方
* 自由膨脹
* 可逆
* 不可逆
* 内可逆
 |
| 循环 |
| * 热机
* 热泵
* 热效率
 |

 |
| 系统性质

|  |
| --- |
| * 性质图
* 强度和广延性质
 |
| 状态函数（*斜体*共轭变量） |
| * 温度 / *熵*
* 熵的简介（英语：）
* 压强 / *体积*
* 化学势 / *粒子數*
* 蒸氣量
* 简化性质
 |
| 過程函數 |
| * 功（英语：）
* 热
 |

 |
| 材料性质

|  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 比热容  | c= | 

|  |  |
| --- | --- |
| T | \partial S |
| N | \partial T |

 |
| 压缩性  | \beta =- | 

|  |  |
| --- | --- |
| 1 | \partial V |
| V | \partial p |

 |
| 热膨胀  | \alpha = | 

|  |  |
| --- | --- |
| 1 | \partial V |
| V | \partial T |

 |

* 性质数据库
 |
| 方程（英语：）
* 卡诺定理
* 克劳修斯定理

* 基本关系
* 理想气体定律

* 麦克斯韦关系

* 昂萨格倒易关系

* 布里奇曼热力学方程

* 热力学方程表
 |
| 势
* 自由能
* 自由熵

* 内能U(S,V)

* 焓H(S,p)=U+pV

* 亥姆霍兹自由能A(T,V)=U-TS

* 吉布斯能G(T,p)=H-TS
 |
| 历史／文化

| 哲学 |
| --- |
| * 熵与时间
* 熵与生活
* 布朗棘轮
* 麦克斯韦妖
* 热寂佯谬
* 洛施密特佯谬
* 协同学
 |
| 
历史 |
| * 总史
* 热
* 熵
* 气体定律
* 永动机
 |
| 
理论 |
| * 热质说
* 活力
* 热动说
* 热功当量
* 动力
 |
| 关键著作 |
| * 《论摩擦激起的热源》
* 《关于多相物质平衡》
* 《论火的动力（英语：）》
 |
| 
年表 |
| * 热力学
* 热机
 |

 |
| 科学家
* 昂萨格
* 伯努利
* 迪昂
* 亥姆霍兹
* 吉布斯
* 焦耳
* 卡拉西奥多里
* 卡诺
* 克拉佩龙
* 克劳修斯
* 兰金
* 冯·迈尔
* 麦克斯韦
* 斯米顿
* 斯塔尔
* 开尔文男爵汤姆森
* 伦福德伯爵汤普森
* 沃特斯顿
 |
| * 
* 论
* 编
 |

**绝热过程**（英語：）是一个绝热体系的变化过程，绝热体系为和外界没有热量和粒子交换，但有其他形式的能量交换的体系，属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度，该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中，不存在真正意义上符合定义的绝热过程，绝热过程只是一种近似，所以有时也称为绝热近似。

绝热过程分为可逆过程（熵增为零）和不可逆过程（熵增不为零）两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程，在等温过程中，最大限度的热量被转移到了外界，使得系统温度恒定如常。由于在热力学中，温度与熵是一组共轭变量，等温过程和等熵过程也可以视为"共轭"的一对过程。

如果一个热力学系统的变化快到足以忽略与外界的热交换的话，这一变化过程就可以视为绝热过程，又称"**准静态过程**"。准静态过程的熵增可以忽略，所以视作可逆过程，严格说来，在热力学中，准静态过程与可逆过程没有严格区分，在某些文献中被作为同义词使用。

同样的，如果一个热力学系统的变化慢到足以靠与外界的热交换来保持恒温的话，该过程则可以视为等温过程。

绝热压缩与绝热膨胀
---------

绝热压缩与绝热膨胀通常由气体压强的变化引起。

绝热压缩发生在气压上升时，这时气体温度也会上升。例如，给自行車打氣時，可以感觉到气筒温度上升，这是因为气体將壓縮其所做的功轉換成自身的內能，因而温度上升。柴油机在压缩冲程时正是靠绝热压缩原理来给燃烧室内的混合气体点火的。

绝热膨脹发生在气压下降时，这时气体温度也会下降。例如，给輪胎放氣時，可以明显感覺到放出的氣體比较凉，这是因為氣體從輪胎的充氣孔出來時，先被小洞壓縮後瞬間膨脹的緣故，气体為了膨脹，因此將周遭空氣「撐開」，過程中需要做功，消耗了自身内能，使温度下降。

這些温度的變化量可以用理想氣體状态方程精确计算。

用理想气体状态方程求解绝热过程
---------------

如图所示，在绝热膨胀过程（绿色粗线所示）中，气体的内能因转化为机械能做功（蓝色部分）而减少
对于经典气体（非费米气体、玻色气体）的方程如下，是一个多方方程：

PV^{{\gamma }}=常数
其中：

* **P**表示压强
* **V**表示体积
* {\displaystyle \gamma ={\frac {C\_{P}}{C\_{V}}}={\frac {f+2}{f}}}为絕熱指數。
* C\_{P}表示等压比热。
* C\_{V}表示等容比热
* f 为总自由度。对于单原子气体（比如惰性气体）而言，\gamma =5/3，即自由度 f 等於3（單原子氣體只有移動，無轉動），对于双原子气体（如构成地球大气主要成分的氮气和氧气）而言\gamma =7/5。

对于绝热过程有：

{\displaystyle P^{1-\gamma }T^{\gamma }=C}
{\displaystyle VT^{\frac {f}{2}}=C}
TV^{{\gamma -1}}=C
其中C为常数。

### 绝热过程的热力学第一定律

绝热过程的热力学第一定律具体形式如下：

{\displaystyle W={\frac {nR\Delta T}{1-\gamma }}}
公式右边表示绝热过程气体对外做功。其中，{\displaystyle n,R,\gamma }分别是该气体的物质的量、普适气体常数和绝热指数。

### 连续系统的解法

因为绝热过程没有热交换，所以\delta Q=0，由热力学第一定律，有

{\text{(1)}}\qquad dU+\delta W=\delta Q=0
**dU**为系统内能的变化量；δW是系统所做的功，做功必须耗费内能。由于δQ为零，可以得到

{\displaystyle {\text{(2)}}\qquad \delta W=P\,dV}。
理想气体的内能可以由如下式子得到：

{\text{(3)}}\qquad U=\alpha nRT
**R**为理想气体常数；n为系统粒子的物质的量（因为绝热过程无粒子交换，所以恒定不变）；{\displaystyle \alpha ={\frac {f}{2}}}。 

对（3）式两边微分，代入理想气体状态方程得到

{\displaystyle {\text{(4)}}\qquad dU=\alpha nR\,dT=\alpha \,d(PV)=\alpha (P\,dV+V\,dP)}。
因为C\_{{V}}=\alpha R，（4）式通常写作dU=nC\_{{V}}\,dT

将（2，3，4）代入到（1），有：

-P\,dV=\alpha P\,dV+\alpha V\,dP\,
简化得到：

-(\alpha +1)P\,dV=\alpha V\,dP\,
两边同除以**PV**

{\displaystyle -(\alpha +1){dV \over V}=\alpha {dP \over P}}。
分别对**P**、**V**积分，得到

{\displaystyle \ln \left({P \over P\_{0}}\right)={-{\alpha +1 \over \alpha }}\ln \left({V \over V\_{0}}\right)}。
两边分别取幂：

\left({P \over P\_{0}}\right)=\left({V \over V\_{0}}\right)^{{-{\alpha +1 \over \alpha }}},
消去负号：

{\displaystyle \left({P \over P\_{0}}\right)=\left({V\_{0} \over V}\right)^{\alpha +1 \over \alpha }}。
因此得到：

\left({P \over P\_{0}}\right)\left({V \over V\_{0}}\right)^{{\alpha +1 \over \alpha }}=1
和

PV^{{\alpha +1 \over \alpha }}=P\_{0}V\_{0}^{{\alpha +1 \over \alpha }}=PV^{\gamma }=Const
Const为常数。

### 离散系统的解法

从状态1到状态2，系统的内能变化为：

{\text{(1)}}\qquad \delta U=\alpha Rn\_{2}T\_{2}-\alpha Rn\_{1}T\_{1}=\alpha R(n\_{2}T\_{2}-n\_{1}T\_{1})
同时，气体做功为：

{\text{(2)}}\qquad \delta W=P\_{2}V\_{2}-P\_{1}V\_{1}
因为绝热，所以有：

{\text{(3)}}\qquad \delta U+\delta W=0
将（1，2）式分别带入得到：

\alpha R(n\_{2}T\_{2}-n\_{1}T\_{1})+(P\_{2}V\_{2}-P\_{1}V\_{1})=0\qquad \qquad \qquad 
或：

{\frac {(P\_{2}V\_{2}-P\_{1}V\_{1})}{-(n\_{2}T\_{2}-n\_{1}T\_{1})}}=\alpha R\qquad \qquad \qquad 
因为实际情形下，通常可以假定气体质量数不变，该式可以简化为：

{\frac {(P\_{2}V\_{2}-P\_{1}V\_{1})}{-(T\_{2}-T\_{1})}}=\alpha nR\qquad \qquad \qquad

等熵线图
----

  

等熵线又称绝热线，是指P-V图中等熵的一条曲线，如右图黑色线条所示。等熵线有以下性质：

1. 像等温线一样对称的趋近V轴与P轴。
2. 每条等熵线只穿过同一条等温线一次。
3. 等熵线与等温线相似，但斜率更大。
4. 若等温线凹向45度方向处，则等熵线凹向31度方向处。
5. P-V图上一系列的等温—等熵线所绘出的眼形方块显示出向原点方向移动的趋势。参见能斯特定理。

右图是绝热线和等温线叠加的一个P-V图。

参见
--

* 热力学

参考文献
----

* 汪志诚.. 高等教育出版社. 2003年3月.
* 吴大猷.. 科学出版社. 1983年7月.

|  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |  |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| 

| * 
* 论
* 编
气象数据与参数 |
| --- |
|  |
| 常规 | 
* 绝热过程
* 平流（英语：）
* 浮力
* 氣溫垂直遞減率
* 闪电
* 太陽幅照度（英语：）
* 地面天气图
* 能見度
* 涡量
* 風
* 风切

 |
|  |
| 凝結 | 
* 云
* 云凝结核
* 霧
* 對流凝結高度（英语：）
* 上升凝結高度（英语：）
* 降水
* 水蒸气

 |
|  |
| 大氣對流 | 
* 對流有效位能
* 對流抑制指數
* 對流不穩定性（英语：）
* 對流動量輸送（英语：）
* 條件對稱不穩定性（英语：）
* 對流溫度（英语：）
* 平衡高度
* 自由对流层（英语：）
* 流體動力學螺旋度（英语：）#Meteorology
* K 指數（英语：）
* 自由對流高度
* 抬升指數（英语：）
* 最大氣團高度（英语：）
* 整體理查遜數（英语：）

 |
|  |
| 温度 | 
* 露点‎(*T*d)
* 露點降低（英语：）
* 乾球温度
* 相當溫度(*T*e)
* 森林火災天氣指數（英语：）
* 海恩斯指數（英语：）
* 酷热指数
* 濕熱指數
* 湿度
* 相對濕度
* 混合比
* 位溫(*θ*)
* 相當位溫(*θ*e)
* 海面温度
* 溫度異常（英语：）
* 热力学温度
* 蒸氣壓
* 虛溫
* 湿球温度
* 暑熱壓力指數
* 濕球位溫（英语：）
* 風寒指數

 |
|  |
| 压力 | 
* 气压
* 斜压
* 正壓大氣
* 壓力梯度
* 壓強梯度力

 |
|  |
| 速度 | 
* 熱帶氣旋可能最高強度（英语：）

 |

 |