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一、热力环流形成的过程
热力环流形成的过程如下:
由于地面的冷热不均,所以导致热的地方气流上升,近地面形成低压,高空形成高压(同海拔相比气压升高或降低),冷的地方气流下沉,近地面形成高压,高空形成低压,由于同一水平面气压有高低区别,所以空气水平方向上从高压向低压流动,从而形成了环流圈。
也就是冷热差异导致了空气的垂直运动,使水平方向出现了气压差,引起水平气流的运动。
太阳辐射能的纬度分布不均,造成高低纬度间的热量差异,引起大气运动。
近地面空气的受热不均,引起气流的上升或下沉运动,同一水平面上气压的差异和大气的水平运动都会影响热力环流的变化。
热力环流是大气运动最简单的形式,由于地面的冷热不均而形成的空气环流。其形成过程为:受热地区大气膨胀上升,近地面形成低气压,而高空形成高气压;受冷地区相反,从而在近地面和高空的水平面上形成了气压差,促使大气的水平运动,形成高低空的热力环流。
热的地方空气受热膨胀上升,冷处收缩下沉。于是上空相同高度处,热地方单位面积空气柱重量(即气压)大,冷地方高空气压小,高空形成热—冷的气流。
热处气流流失后,整个空气柱减轻,地面形成低压,冷处则形成高压,近地面形成冷—热的气流。加上上升、下沉气流,构成了热力环流。
热力环流在现实生活中存在较为广泛,例如山谷风、海陆风、城市风等都是热力环流的具体体现。
热力环流与城市规划。城市内部由于人类活动排放大量余热,与郊区相比呈现“热岛效应”。城市与郊区之间会形成热力环流,为保护城市大气环境,在城市规划时,要研究城市风的下沉距离。
一方面将大气污染严重的工业布局在城市风下沉距离之外,以避免工厂排放的污染物流向城区;另一方面,应将工业卫星城建在城市风环流之外,以避免相互污染。
关于海陆风:白天吹海风,夜晚吹陆风。主要原因是水的比热容大。水的比热容是4.2×103焦耳每千克摄氏度。
二、热力环流是什么运动的一种简单方式
热力环流是大气运动的一种简单形式。
热力环流是由于地面的冷热不均而形成的空气环流,是热力原因引起的。具体来说,太阳辐射能的纬度分布不均,造成高低纬度间的热量差异,引起大气运动。近地面空气受热不均,导致气流的上升或下沉运动。同一水平面上的气压差异和大气的水平运动都会影响热力环流的变化。
在热力环流中,受热地区的大气会膨胀上升,形成低气压,而高空则形成高气压。相反,受冷地区的大气会收缩下沉,形成高气压,而高空则形成低气压。这种气压差会促使大气的水平运动,形成高低空的热力环流。
热力环流的形成过程包括:受热地区大气膨胀上升,近地面形成低气压,高空形成高气压;受冷地区相反,从而在近地面和高空的水平面上形成了气压差,促使大气的水平运动,形成高低空的热力环流。
热力环流的影响:
1、气候影响:热力环流的形成和变化会影响气候的分布和变化。例如,在低纬度地区,热力环流会导致赤道地区形成高温多雨的气候,而副热带地区则形成炎热干燥的气候。在高纬度地区,热力环流则促进了极地高压的形成,使极地地区的气候寒冷干燥。
2、空气净化作用:热力环流引起的空气流动有助于污染物的扩散和稀释,从而起到净化空气的作用。例如,在城市地区,由于热岛效应的作用,城市上空形成低气压,而周围农村地区则形成高气压,这促进了城市上空的污染物向外扩散。
3、水汽输送:热力环流促进了大气中水汽的输送和循环。在高低纬度之间的气流运动过程中,会把低纬度地区的水汽输送到高纬度地区,从而形成了水循环和气候变化的重要机制。
4、海洋和大气相互作用:热力环流还促进了海洋和大气之间的相互作用。例如,在季风气候区,热力环流会导致海洋和大气之间的水分交换和能量传输,从而影响季风气候的形成和变化。
热力学与量子力学在21世纪重新相遇
中科院物理所2024-03-2613:54发布于北京中科院物理所官方账号+关注|作者:姚尧(华南理工大学物理与光电学院)本文选自《物理》2024年第2期1引言
四大力学都有其经典与量子相对应。经典力学对应量子力学,经典电动力学对应量子电动力学,经典统计力学对应量子统计力学,经典场论对应量子场论。唯一的例外就是经典热力学,目前通常的物理专业课程中还没有量子热力学。
在国际单位制中有7个基本单位,其中6个已经可以在微观的原子层面定义。唯一的例外是温度,定义它所采用的玻尔兹曼常数,或者水的相变点,是相对宏观的。我们还无法采用一个更加微观的实验手段来定义温度。
按照热力学的语言,温度反映的是分子的平均动能,而那些难以定义动能的系统,比如自旋系统,它的温度依赖性在这个定义下显得非常晦涩。又或者按照能均分定理,每一个自由度贡献,对于较为复杂的大分子,这个定义也是失效的。系综理论将系统的温度归结为由环境来决定,但环境本身是一个相对模糊的概念,环境的温度由谁来提供,没有解释。
归根结底,熵难以被实验测定是根本原因。因为强度量一般难以向微观推广,除了温度,压强、化学势的测定方法也相对宏观唯象。作为与温度相对应的广延量,如若熵能在微观层面被准确测定,我们就可以利用能量对熵求导来获得温度。然而经典统计力学利用状态数来定义熵,令这一想法难以实施。
近年来,伴随着量子信息的迅速发展,测量纠缠熵已经不存在原则性的技术障碍。是否能够利用这一新技术来重新诠释热力学中的温熵关系呢?这就涉及如何在量子力学框架内重新定义热,量子热力学这一古老命题因此重焕生机。
2自由能与温度
曾经,苏联在热力学的研究中走在世界前列。在朗道的唯象理论中,自由能是热力学的核心物理量,所有系统都要向自由能最小的状态演化,正如力学系统总会选择作用量最小的运动路径一样。而自由能是温度的函数,只要能准确测量自由能,温度的确定就是题中应有之义。自由能是刻画热平衡状态的特性函数,按照导出经典涨落—耗散定理的惯例,我们需要找到一个能将平衡态与非平衡态联系起来的办法。20世纪90年代发展起来的量子涨落理论,就是在平衡态的自由能与非平衡态的不可逆功之间建立联系,从而通过测量功来确定自由能。
对于一个绝热系统,如果其能级从En跃迁到Em,则可以定义外界对其做功为W=Em-En。现若假定跃迁的初态和末态均处于热平衡状态,并且跃迁过程发生的概率分布函数为R(W),利用细致平衡原理不难推得所谓的Crooks关系[1]:其中ΔF是末态与初态的自