热力学图
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热力学图是科学家及工程师用来表示物体（多半是流体）热力学状态及其变化的图。例如T-s图（温度熵图）就可以说明流体在压缩机中的温度及熵的变化。
常见的热力学图
[编辑]以下是一些常见的热力学图：
气象学特别会用到以下的热力学图：
在气象学中的重要性
[编辑]气象学常会用热力学图，配合无线电探空仪及气象气球所量测的资料，分析大气层的实际状态。在这些图，会显示温度和湿度（由露点表示）对应气压的情形。从这些图图可以对大气层分层以及垂直的水蒸气分布有简单的叙述。进一步的分析可以得到积云的底层和上层的实际高度，以及在分层中可能有的不稳定性。
若假设因为太阳辐射所转移的能量，可以预测高度2m以下空气的温度、湿度以及风力、大气边界层的发展，是否会有云以及其发展，以及当天是否适合飞行。
有些热力学图的面积是和能量有关的。空气的气压和温度会依特定过程改变，在热力学图中形成封闭曲线，封闭曲线的面积就是所吸收或是释放的能量。
特点
[编辑]大气学中的热力学图，常会有以下五种不同的线：
- 等压线：气压相等处所形成的线。
- 等温度：温度相等处所形成的线。
- 干绝热线：固定潜在温度的线，表示干空气上升后的温度和其他状态
- 饱和绝热线：表示水蒸气上升后的温度和其他状态
- 混合比（mixing ratio）：表示上升气团的露点。
也可以得到气温垂直递减率, 干绝热垂直递减率（DALR）和湿绝热垂直递减率（MALR）。透过这些线，可以得到举升凝结面高度、自由对流高度、云是否形成之类的信息。
举行
[编辑]系统从一个平衡状态到最终平衡状态中间的状态路径[1]可以用压力体积图（P-V）、压力温度图（P-T）和温度熵图（T-s）表示[2]。
在热力学过程中，从一个点到另一个点的可能路径有无限种。很多情形下走哪一个路径对系统是有影响的。不过热力学性质的变化只和初始状态、最终状态有关，和路径无关[3]。
考虑在气缸内的气体，有活塞位在气体的上方，使气体的体积为V1，温度为T1。若气体受热，温度上升到T2，而气体体积也膨涨为V2，如图1所示。因为活塞没有受到其他外力，气体的压力不变，此过程为等压过程，在P-V图上是水平线，从状态1到状态2。
在一过程中，很重要的是计算所做的功。过程所做的功是在P-V图路径下方的面积。在图2中，若是等压过程，可以简单的计算所做的功。若气体的膨张很慢，气体移动活塞所做的功是力F乘以距离d。但力是气压P和活塞面积A的乘积，F = PA[4]。因此，
- W = Fd
- W = PAd
- W = P(V2 − V1)
相关条目
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ Thermodynamics (Third Edition), Kenneth Wark, McGraw-Hill Inc, 1977, ISBN 0-07-068280-1
- ^ Fundamentals of Engineering Thermodynamics (Seventh Edition), Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner, Margaret B. Bailey, John Wiley & Sons, Inc., 2011, ISBN 978-0470-49590-2
- ^ Philip E. Bloomfield, William A. Steele, "Thermodynamic processes," in AccessScience, ©McGraw-Hill Companies, 2008, http://www.accessscience.com
- ^ Physics – Principles with Applications (Second Edition), Douglas C, Giancoli, Printice Hall, Inc., 1985, ISBN 0-13-672627-5
- The Physics of Atmospheres by John Houghton, Cambridge University Press 2002. Especially chapter 3.3. deals solely with the tephigram.
- German version of Handbook of meteorological soaring flight from the Organisation Scientifique et Technique Internationale du Vol à Voile (OSTIV) (chapter 2.3)
延伸阅读
[编辑]- Handbook of meteorological forecasting for soaring flight WMO Technical Note No. 158. ISBN 92-63-10495-6 especially chapter 2.3.
外部链接
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- www.met.tamu.edu/../aws-tr79-006.pdf A very large technical manual (164 pages) how to use the diagrams.
- www.comet.ucar.edu/../sld010.htm A course on how to use diagrams at Comet, the 'Cooperative Program for Operational Meteorology, Education and Training'.