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在大气总能量中加入“体能”项,应当(其实)很简单!

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新浪微博达人勋

发表于 2022-4-13 15:54:12 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在大气总能量中加入“体能”项,应当(其实)很简单!
张学文,2022 04 11
昨天的博客:我觉得气象学少算了一类大气能量?你说呢?https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1333300.html   指出气象学中分析大气的具有的几类能量形态时,忽视了体现空气在压力为p的环节下居然挤出了体积为v的空间,归自己存在之用的体能项的存在与地位。这是分析空气总能量时的一个疏漏:因为气体具有体积而对应能量(功)的问题。
现在我们来具体分析一下如何在各种能量中补上这个遗漏的问题
参照“物理气候学”一书中译本243页的符号。单位质量的大气具有的内能I。,位能Ф,动能K,潜热能LH分别用如下公式表示:
I=CvTT是空气的绝对温度,Cv是定压比热
Ф=gz , g是地球的重力加速度, z是空气所在的高度
K≈0.5(u2+v2),  u,v分别是水平风速的两个分量(纬向,经向)
LH=Lq,   L是单位质量水的潜热常数,q是比湿值
现在我们主张在如上的4项空气能量形态外再补入空气的体能一项。这一项显然就是单位质量的空气具有的体积与其压力的乘积值:pv(这里的v是单位质量气体的体积,而p是其压力)。
即空气总能量的四类中应当再补入体能pv 这一项(类),这个量!
话说到此需要插入一个知识点,即:空气是理想气体。而对于理想气体,我们有一个通用的公式
PV=RT
即著名的理想气体状态方程。而据此显然有空气的体能PV=RT。这样一来,再注意到物理学中的Cp=Cv+R 的定压比热与定容比热的关系公式。结果是新引入的体能项可以与热能项合并在一起以Cp代替Cv,就可以了。
于是单位质量的空气具有的能量E
E=热能+位能+动能+潜热能+体能
E= CvT+ gz+0.5(u2+v2)+Lq+体能
E= CvT+ gz+0.5(u2+v2)+Lq+PV
而因为气体状态方程,PV=RT,以及Cp=Cv+R,于是,大气质量空气的总能量
E= CpT+gz+0.5(u2+v2)+Lq
这样就用一项包括了空气的热能与体能(用空气的定压比热代替定容比热),公式依然是4项,但是第1项在物理意义上包括了热能与体能两部分。
这样看来修正、补充空气的能量公式的体能项(到空气的总能量项目中)非常简单:你只要把原公式中的内能项的定容比热(体积不变化下的比热)改为压力不变化下(体积有变化)定压比热,就表示你把体能项也包括进去了。
我这么说难道不对吗,注意,这修订了气象学的传统遗漏(漏掉了体能项)空气的体能项。但是具体计算空气总能量时,你只要把过去用的定容比热改为定压比热。事情就周全了。
好,话先说到此,其进一步的说明另外在补。
依然期待大家的看法。



转载本文请联系原作者获取授权,同时请注明本文来自张学文科学网博客。
链接地址:https://blog.sciencenet.cn/blog-2024-1333391.html
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新浪微博达人勋

发表于 2022-4-13 16:15:37 | 显示全部楼层
对于某一时刻的气体而言,其此时的P、V仅仅代表一个状态值,其乘积PV并不能表示成做功的形式吧,只有当其中一个量发生连续性的变化时,才能理解为做功的形式吧(说的不一定对哈哈,个人愚见)
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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2022-4-13 16:43:13 | 显示全部楼层
16度的可乐 发表于 2022-4-13 16:15
对于某一时刻的气体而言,其此时的P、V仅仅代表一个状态值,其乘积PV并不能表示成做功的形式吧,只有当其中 ...

不妨这样比拟:
某一块(上午的单位质量)气体必须耗费pv这么多的功,才可以在周围是p的环境中有自己的存在空间:p乘以v。不出力做功,气体就没有存在空间!
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新浪微博达人勋

发表于 2022-4-26 16:31:07 | 显示全部楼层
老师回忆下位能的积分形式哇?
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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2022-4-27 09:38:02 | 显示全部楼层
清酒泡孤魂 发表于 2022-4-26 16:31
老师回忆下位能的积分形式哇?

欢迎明示我的不足之处!
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