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絕熱變化
鎖定
絕熱變化介紹
氣塊在鉛直運動中所發生的絕熱冷卻和絕熱增温的變化稱為空氣的絕熱變化，這個變化過程稱為絕熱過程。實際上，氣塊在作鉛直運動時都不是絕熱的，但是在短時間內，鉛直運動的氣塊與外界空氣間的熱量交換遠小於氣塊內能的變化，所以可近似看成是絕熱的。
在隔絕熱量條件下發生的一 個體系內的狀態變化。當氣體在絕熱的條件 下被壓縮時，温度升高，如果是可燃性混合 氣體，則往往會發生爆炸。例如： 柴油發動 機內燃料的燃燒;高壓管道閥門急開或急關， 有時會發生爆炸; 人造絲廠中將粘膠絲從高 處注入反應容器時，因粘膠絲內的氣泡受到 壓縮而發熱，使滯留在氣泡裏的二硫化碳着 火爆炸，都是在絕熱條件下壓縮造成的。
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絕熱變化物理學描述
若在不使熱進出的情況下，改變物體的壓力、體積或温度等的變化，稱為絕熱變化。如果變化的速率很快，沒有時間使熱進出，即使沒有隔熱物質，這種變化也可視作絕熱變化。當被封閉的理想氣體發生可逆絕熱變化時，其壓力P、體積V和温度T（絕對温度）之間有下列關係：
P×Vγ=C1(常數) （1）
T×Vγ-1=C2(常數) （2）
P1-γ×Tγ=C3(常數)（3）
（1）式稱為泊松定律，相當於等温變化中的波義耳定律。γ稱為比熱比，代表氣體等壓比熱CP與等容比熱CV的比（γ=CP/CV）。單原子氣體的γ約等於5/3。雙原子氣體的γ約等於7/5，三原子氣體的γ約等於9/7。
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絕熱變化空氣的絕熱變化
絕熱冷卻：氣塊因絕熱上升而降温的現象稱為絕熱冷卻。在絕熱條件下，上升的氣塊因外界氣壓減低，體積膨脹，此時氣塊對外作功所消耗的能量以氣塊內能減少來補償，從而使氣塊温度降低。
絕熱增温 ：氣塊因絕熱下降而增温的現象稱為絕熱增温。當氣塊作絕熱下降運動時，由於外界氣壓增大，氣塊體積被壓縮，外界空氣對氣塊作功，從而使氣塊內能增加温度升高。
絕熱變化空氣的絕熱壓縮與温升
V1/V2 | P2 (×98kPa) | T2(℃) | V1/V2 | P2 (×98kPa) | T2(℃) |
1 | 1.0 | 20 | 10 | 25.0 | 462 |
2 | 2.6 | 120 | 15 | 44.2 | 592 |
3 | 4.7 | 181 | 20 | 66.0 | 697 |
4 | 9.5 | 283 |
絕熱變化幹絕熱過程
一團幹空氣或未飽和的濕空氣在作絕熱上升或下降運動時，氣塊內部既沒有發生水的相變，又沒有與外界交換熱量的過程。據計算，氣塊在幹絕熱過程中，每上升或下降100m，氣塊温度降低或升高0.98℃，可近似的作為1℃/100m。
幹絕熱直減率：一團幹空氣或未飽和的濕空氣在絕熱升降運動中，氣塊温度隨高度的變化率稱為幹絕熱直減率。用rd表示。由此可見，幹絕熱過程是一種可逆的絕熱過程。
絕熱變化濕絕熱過程
始終保持飽和狀態的濕空氣，在作絕熱升降運動時。既有內能的變化，也有水相變化過程。
濕絕熱直減率：始終保持飽和狀態的濕空氣，在作絕熱升降運動中，氣塊的温度變化率，稱為濕絕熱直減率。以rm表示。
絕熱變化絕熱直減率
濕絕熱過程中，氣塊作絕熱上升時，一方面因絕熱膨脹氣塊對外作功消耗內，使温度降低；同時又因絕熱冷卻作用，使氣塊中部分水汽凝結放出潛熱，對氣塊有升温作用，緩和了氣塊上升的絕熱冷卻作用。氣塊下降絕熱增温時，氣塊中攜帶的水滴蒸發。維持了氣塊的飽和狀態，由於蒸發消耗熱量，氣塊下降時的增温也比干絕熱時為少。
因此，總是rm總是小於rd。平均而言，rm=0.5℃/100m。但實際上rm是一個變量，隨温度和氣壓而變化（表3）。
表不同氣壓和温度時的濕絕熱直減率（rm）
P （hpa） | 温度（℃） | ||||||
-30 | -20 | -10 | 0 | 10 | 20 | 30 | |
1000 | 0.93 | 0.80 | 0.76 | 0.63 | 0.54 | 0.44 | 0.36 |
700 | 0.91 | 0.81 | 0.69 | 0.56 | 0.47 | 0.38 | 0.32 |
500 | 0.80 | 0.76 | 0.62 | 0.48 | 0.41 | 0.33 | 0.29 |
rm隨温度升高而降低；隨氣壓降低而減小。
温度較高時的rm值比温度較低時為小，這是因為温度較高時，飽和濕空氣中所含水汽量比温度低時多，在絕熱上升發生凝結時所釋放潛熱多。
隨着氣壓降低，rm也會減小。這是因為氣壓降低，空氣密度減小，容積熱容量也減小，由釋放相等的潛熱供給氣塊時，氣壓較低的空氣由於潛熱而增高的温度比氣壓較高時的空氣為高。但是由於氣温對rm的影響大於氣壓的影響，所以，隨高度的增加，rm值是逐漸增大的。
在濕絕熱過程中，氣塊中的水汽凝結後，可能有兩種情況：一種是水汽凝結物仍留在氣塊內，隨同氣塊作升降運動。另一種是水汽凝結物的全部或一部分以降水方式脱離氣塊。
絕熱變化可逆濕絕熱過程
絕熱變化假絕熱過程
水汽凝結物的全部或一部分以降水方式脱離氣塊，此後氣塊下降時已不再是飽和濕空氣，於是氣塊就按幹絕熱變化，這是一種不可逆過程。它意味着氣塊因凝結物的脱離而與外界有熱量交換，這種情況稱為假絕熱過程。如果凝結物的全部以降水方式脱離氣塊，這種極端情況相當於全是降水而沒有云。
通常，近地面的氣塊上升時，開始温度沿幹絕熱直減率下降，到某一高度，因絕熱冷卻使其中水汽達飽和，成為飽和濕空氣，再繼續上升，其温度按濕絕熱直減率下降。隨之其中水汽凝結物以降水方式脱離氣塊，氣塊再下降時則沿幹絕熱直減率下沉增温，空氣由飽和變為不飽和狀態，這時每下降100m，温度升高1℃。
絕熱變化相關概念
有關空氣的絕熱變化的幾個基本概念
（1）氣塊 ：在大氣中取一個體積微小的空氣微團，稱為氣塊。
（2）絕熱：氣塊在絕熱運動中與外界不發生熱量交換，也就是既無熱量輸入，也無熱量輸出，則稱氣塊運動是絕熱的。
