[科普中国]-绝热变化

介绍

绝热变化是指绝热过程中发生的状态变化。例如，在节流过程中，流体在管道内流动时，有时流经阀门、孔板等设备，由于局部阻力，使流体压力降低，如节流过程中流体与外界没有热量交换，这就是一种绝热变化。

气块在铅直运动中所发生的绝热冷却和绝热增温的变化称为空气的绝热变化，这个变化过程称为绝热过程。实际上，气块在作铅直运动时都不是绝热的，但是在短时间内，铅直运动的气块与外界空气间的热量交换远小于气块内能的变化，所以可近似看成是绝热的。

在隔绝热量条件下发生的一 个体系内的状态变化。当气体在绝热的条件 下被压缩时，温度升高，如果是可燃性混合 气体，则往往会发生爆炸。例如： 柴油发动 机内燃料的燃烧;高压管道阀门急开或急关， 有时会发生爆炸; 人造丝厂中将粘胶丝从高 处注入反应容器时，因粘胶丝内的气泡受到 压缩而发热，使滞留在气泡里的二硫化碳着 火爆炸，都是在绝热条件下压缩造成的。2

物理学描述若在不使热进出的情况下，改变物体的压力、体积或温度等的变化，称为绝热变化。如果变化的速率很快，没有时间使热进出，即使没有隔热物质，这种变化也可视作绝热变化。当被封闭的理想气体发生可逆绝热变化时，其压力P、体积V和温度T（绝对温度）之间有下列关系：

P×Vγ=C1(常数) （1）

T×Vγ-1=C2(常数) （2）

P1-γ×Tγ=C3(常数)（3）

（1）式称为泊松定律，相当于等温变化中的波义耳定律。γ称为比热比，代表气体等压比热CP与等容比热CV的比（γ=CP/CV）。单原子气体的γ约等于5/3。双原子气体的γ约等于7/5，三原子气体的γ约等于9/7。3

空气的绝热变化绝热冷却：气块因绝热上升而降温的现象称为绝热冷却。在绝热条件下，上升的气块因外界气压减低，体积膨胀，此时气块对外作功所消耗的能量以气块内能减少来补偿，从而使气块温度降低。

绝热增温 ：气块因绝热下降而增温的现象称为绝热增温。当气块作绝热下降运动时，由于外界气压增大，气块体积被压缩，外界空气对气块作功，从而使气块内能增加温度升高。

空气的绝热压缩与温升

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干绝热过程一团干空气或未饱和的湿空气在作绝热上升或下降运动时，气块内部既没有发生水的相变，又没有与外界交换热量的过程。据计算，气块在干绝热过程中，每上升或下降100m，气块温度降低或升高0.98℃，可近似的作为1℃/100m。

干绝热直减率：一团干空气或未饱和的湿空气在绝热升降运动中，气块温度随高度的变化率称为干绝热直减率。用rd表示。由此可见，干绝热过程是一种可逆的绝热过程。

湿绝热过程始终保持饱和状态的湿空气，在作绝热升降运动时。既有内能的变化，也有水相变化过程。

湿绝热直减率：始终保持饱和状态的湿空气，在作绝热升降运动中，气块的温度变化率，称为湿绝热直减率。以rm表示。

绝热直减率湿绝热过程中，气块作绝热上升时，一方面因绝热膨胀气块对外作功消耗内，使温度降低；同时又因绝热冷却作用，使气块中部分水汽凝结放出潜热，对气块有升温作用，缓和了气块上升的绝热冷却作用。气块下降绝热增温时，气块中携带的水滴蒸发。维持了气块的饱和状态，由于蒸发消耗热量，气块下降时的增温也比干绝热时为少。

因此，总是rm总是小于rd。平均而言，rm=0.5℃/100m。但实际上rm是一个变量，随温度和气压而变化（表3）。

表不同气压和温度时的湿绝热直减率（rm）

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rm随温度升高而降低；随气压降低而减小。

温度较高时的rm值比温度较低时为小，这是因为温度较高时，饱和湿空气中所含水汽量比温度低时多，在绝热上升发生凝结时所释放潜热多。

随着气压降低，rm也会减小。这是因为气压降低，空气密度减小，容积热容量也减小，由释放相等的潜热供给气块时，气压较低的空气由于潜热而增高的温度比气压较高时的空气为高。但是由于气温对rm的影响大于气压的影响，所以，随高度的增加，rm值是逐渐增大的。

在湿绝热过程中，气块中的水汽凝结后，可能有两种情况：一种是水汽凝结物仍留在气块内，随同气块作升降运动。另一种是水汽凝结物的全部或一部分以降水方式脱离气块。

可逆湿绝热过程水汽凝结物仍留在气块内，这时不论气块上升或下降，温度都按湿绝热直减率而变化。这是与干绝热过程一样的可逆过程。这种极端情况相当于只有云而无降水。

假绝热过程水汽凝结物的全部或一部分以降水方式脱离气块，此后气块下降时已不再是饱和湿空气，于是气块就按干绝热变化，这是一种不可逆过程。它意味着气块因凝结物的脱离而与外界有热量交换，这种情况称为假绝热过程。如果凝结物的全部以降水方式脱离气块，这种极端情况相当于全是降水而没有云。

通常，近地面的气块上升时，开始温度沿干绝热直减率下降，到某一高度，因绝热冷却使其中水汽达饱和，成为饱和湿空气，再继续上升，其温度按湿绝热直减率下降。随之其中水汽凝结物以降水方式脱离气块，气块再下降时则沿干绝热直减率下沉增温，空气由饱和变为不饱和状态，这时每下降100m，温度升高1℃。

相关概念有关空气的绝热变化的几个基本概念

（1）气块 ：在大气中取一个体积微小的空气微团，称为气块。

（2）绝热：气块在绝热运动中与外界不发生热量交换，也就是既无热量输入，也无热量输出，则称气块运动是绝热的。