絕熱系統(tǒng)不可逆特點

絕熱系統(tǒng)的不可逆變化

我們認為一個熱力學上的孤立系統(tǒng)，也稱為絕熱系統(tǒng)，在熵變規(guī)律方面，其行為和孤立系統(tǒng)一樣，也就是說，如果一切交換都不是可逆的，則熵增加。

設（

絕熱系統(tǒng)單熱源的過程

如系統(tǒng)（S）只與一個溫度為

如果（S）的熵變?yōu)閐S，則總體系的熵變應為正：

如果在一過程中熱源輸送了熱量Q，系統(tǒng)（S）的熵變?yōu)?section class="formula-container formula-container__inline"> ，則有：

如果過程是閉合的，則（S）經歷一單熱源循環(huán)，這時就有在（S）的這一循環(huán)過程中

W Q=0. Q0

借助于單一熱源不可能“產生”功。

如果過程是準靜態(tài)的，

絕熱系統(tǒng)雙熱源循環(huán)

如果系統(tǒng)（S）經歷一個閉合過程，在此過程中它與兩個溫度恒為

雙熱源循環(huán)包含四段過程：

其中有兩段是系統(tǒng)（S）先于

如果溫度為

（S）由于經歷了一個循環(huán)過程，其熵變?yōu)榱?，這三者組成的總體系的熵變應為正：

熱機的情形：熱機的效率為

多層反射絕熱系統(tǒng)的分析模式

我們已經知道，影響多層鋁箔反射隔熱系統(tǒng)性能的因素較多，要想確立一個包括上述影響因素的分析式是十分困難的。但是，為整理實驗測試數(shù)據(jù)和比較各種多層系統(tǒng)的性能；為在工程中使用時估計系統(tǒng)的絕熱效果；為了進一步研究多層系統(tǒng)的絕熱機理，建立起多層傳熱量與各影響因素之間的關系式，還是很有必要的。許多研究者在這方面做了大量的工作，其結果可用下列幾個模式概括：

導熱模式

將多層系統(tǒng)看成一個結構連續(xù)的、性質均勻的固體，用傅里葉導熱定律來聯(lián)系傳熱量與各影響因素間的關系：

上式定義了一個當量導熱系數(shù)

在理想多層系統(tǒng)的情況下，

有效傳熱系數(shù)模式

這種模式將多層系統(tǒng)的傳熱與對流傳熱相類比，使用牛頓型傳熱公式來反映各種因素與傳熱量之間的關系：

這個式子定義了一個當量熱導，其導數(shù)為熱阻R。

有效輻射率模式

它是使用斯忒藩——玻爾茲曼型公式來表示各影響因素與熱流的關系：

對于理想多層系統(tǒng)有：

式（1-1），（1-3），（1-4）之間有下列關系：

式中，

從式（1-2）、（1-5）可知，當量導熱系數(shù)

并聯(lián)熱阻模式

該模式把影響多層系統(tǒng)傳熱的三個主要方面以各自獨立的形式與傳熱量聯(lián)系在一起，而不是模糊地用一個系數(shù)表示。影響多層系統(tǒng)傳熱的三個主要方面是：與

式中，輻射參數(shù)

式中，

其中，

氣體傳導參數(shù)

其中，R為氣體常數(shù)（J/k），M為氣體分子量（kg/mol）,P為氣體壓力（N/

對于結構密實的間隔材料的固體傳導參數(shù)

其中，

對于網式間隔物：

對于沒有間隔材料的波形屏：

P為接觸壓力（N/

現(xiàn)將式（1-8）表達的兩個相鄰屏之間的傳熱式歸納成多層系統(tǒng)的傳熱式。設兩邊界的溫度分別是

式中，（N-1）為間隔數(shù)。

隔熱屏的層數(shù)n=N-2。

在實際應用中，由于必須考慮眾多的因素，因此經常得到形式不一的半經驗公式。

從經驗知道，對于一個封閉的系統(tǒng)，如果除了對其做功外，系統(tǒng)的狀態(tài)保持不變，則此系統(tǒng)稱為絕熱系統(tǒng)或絕熱封系統(tǒng)。這一結論不是從熱力學第一、第二定律中推演出來的，因此有人稱它為熱力學第負一定律。因為按熱力學邏輯，它應放在熱力學第零定律前面，正如第零定律應放在第一定律前面一樣，所以稱它為第負一定律。把這一結論稱之為定律也說明它在熱化學和熱力學方面占有很重要的地位。從著名的焦耳定律實驗可以知道絕熱系統(tǒng)的功對應著系統(tǒng)的狀態(tài)變化，從而可以導出熱力學第一定律的數(shù)學表達式；有了絕熱系統(tǒng)的定義還可以導得重要的熱平衡概念等。

絕熱壓縮屬于絕熱過程，絕熱過程熱力學系統(tǒng)始終不與外界交換熱量， 即dQ =0 的過程。根據(jù)熱力學第一定律，在絕熱過程中，系統(tǒng)對外所作的功等于內能的減少量。根據(jù)熱力學第二定律，在可逆的絕熱過程中，系統(tǒng)的熵不變。用良好絕熱材料隔絕的系統(tǒng)中進行的過程，或由于過程進行得太快，來不及與外界有顯著熱量交換的過程，都可近似地看作絕熱過程。例如內燃機、蒸汽機汽缸中工作物質的膨脹過程， 壓汽機汽缸中的壓縮過程，汽輪機噴管中的膨脹過程，以及氣象學中空氣團的升降過程，還有聲波在空氣中的傳播過程等，都可當作絕熱過程處理。

絕熱過程是一個絕熱體系的變化過程，絕熱體系為和外界沒有熱量和粒子交換，但有其他形式的能量交換的體系，屬于封閉體系的一種。絕熱過程有絕熱壓縮和絕熱膨脹兩種。

絕熱過程分為可逆過程（熵增為零）和不可逆過程（熵增不為零）兩種?？赡娴慕^熱過程是等熵過程。等熵過程的對立面是等溫過程，在等溫過程中，最大限度的熱量被轉移到了外界，使得系統(tǒng)溫度恒定如常。由于在熱力學中，溫度與熵是一組共軛變量，等溫過程和等熵過程也可以視為“共軛”的一對過程。

絕熱溫升測定系統(tǒng)

絕熱壓縮與絕熱膨脹通常由氣體壓強的變化引起。

絕熱壓縮發(fā)生在氣壓上升時，這時氣體溫度也會上升。例如，給自行車打氣時，可以感覺到氣筒溫度上升，這正是因為氣體壓強上升的足夠快到可視為絕熱過程的緣故，熱量沒有逃逸，因而溫度上升。

柴油機在壓縮沖程時正是靠絕熱壓縮原理來給燃燒室內的混合氣體點火的。

絕熱膨脹發(fā)生在氣壓下降時，這時氣體溫度也會下降。例如，給輪胎放氣時，可以明顯感覺到放出的氣體比較涼，這正是因為氣體壓強下降的足夠快到可視為絕熱過程的緣故，氣體內能轉化為機械能，溫度下降。

這些溫度的變化量可以用理想氣體狀態(tài)方程精確計算。

絕熱過程是系統(tǒng)在和外界無熱量交換的條件下進行的過程。實現(xiàn)絕熱過程有兩種情況：

①用絕熱材料制成絕熱壁，把系統(tǒng)與外界隔開，就可以近似地實現(xiàn)這一過程。

②使過程快速進行，系統(tǒng)來不及與外界進行顯著的熱量交換。例如：內燃機中熱氣體的突然膨脹，

柴油機或壓氣機中空氣的壓縮、聲波中氣體的壓縮（稠密）和膨脹（稀疏）等都可近似視為絕熱過程。

作為典型例子，下面介紹理想氣體準靜態(tài)絕熱過程和理想氣體自由膨脹過程（非準靜態(tài)過程）。