熱力學圖
| 热力学 |
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熱力學圖是科學家及工程師用來表示物體（多半是流體）熱力學狀態及其變化的圖。例如T-s圖（溫度熵圖）就可以說明流體在壓縮機中的溫度及熵的變化。
常見的熱力學圖
[编辑]以下是一些常見的熱力學圖：
氣象學特別會用到以下的熱力學圖：
在氣象學中的重要性
[编辑]气象学常會用熱力學圖，配合无线电探空仪及气象气球所量測的資料，分析大气层的實際狀態。在這些圖，會顯示温度和湿度（由露点表示）對應气压的情形。從這些圖圖可以對大氣層分層以及垂直的水蒸氣分佈有簡單的敘述。進一步的分析可以得到积云的底層和上層的實際高度，以及在分層中可能有的不穩定性。
若假設因為太陽輻射所轉移的能量，可以預測高度2m以下空氣的溫度、濕度以及風力、大氣邊界層的發展，是否會有雲以及其發展，以及當天是否適合飛行。
有些熱力學圖的面積是和能量有關的。空氣的氣壓和溫度會依特定過程改變，在熱力學圖中形成封閉曲線，封閉曲線的面積就是所吸收或是釋放的能量。
特點
[编辑]大氣學中的熱力學圖，常會有以下五種不同的線：
- 等壓線：氣壓相等處所形成的線。
- 等溫度：溫度相等處所形成的線。
- 乾绝热線：固定潛在溫度的線，表示乾空氣上昇後的溫度和其他狀態
- 飽和绝热線：表示水蒸氣上昇後的溫度和其他狀態
- 混合比（mixing ratio）：表示上昇氣團的露点。
也可以得到氣溫垂直遞減率, 乾绝热垂直遞減率（DALR）和濕绝热垂直遞減率（MALR）。透過這些線，可以得到舉升凝結面高度、自由對流高度、雲是否形成之類的資訊。
舉行
[编辑]系統從一個平衡狀態到最終平衡狀態中間的狀態路徑[1]可以用壓力體積圖（P-V）、壓力溫度圖（P-T）和溫度熵圖（T-s）表示[2]。
在热力学过程中，從一個點到另一個點的可能路徑有無限種。很多情形下走哪一個路徑對系統是有影響的。不過熱力學性質的變化只和初始狀態、最終狀態有關，和路徑無關[3]。
考慮在氣缸內的氣體，有活塞位在氣體的上方，使氣體的體積為V1，溫度為T1。若氣體受熱，溫度上昇到T2，而氣體體積也膨漲為V2，如圖1所示。因為活塞沒有受到其他外力，氣體的壓力不變，此過程為等压过程，在P-V圖上是水平線，從狀態1到狀態2。
在一過程中，很重要的是計算所做的功。過程所作的功是在P-V圖路徑下方的面積。在圖2中，若是等壓過程，可以簡單的計算所做的功。若氣體的膨張很慢，氣體移動活塞所做的功是力F乘以距離d。但力是氣壓P和活塞面積A的乘積，F = PA[4]。因此，
- W = Fd
- W = PAd
- W = P(V2 − V1)
相關條目
[编辑]參考資料
[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)
延伸閱讀
[编辑]- Handbook of meteorological forecasting for soaring flight WMO Technical Note No. 158. ISBN 92-63-10495-6 especially chapter 2.3.
外部連結
[编辑]
- 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'.