Термодинамическое равновесие и градиент температуры

[GraNiNi]

siago в сообщении #1608198 писал(а):

где формируется большая плотность, формируется и большая концентрация энергии.

Если имеются два сосуда с давлениями отличающимися в два раза, то это не запрещает им иметь одинаковую температуру.
То есть, скорости (среднеквадратичные) движения молекул будут одинаковыми, просто в сосуде с большим давлением их концентрация будет в два раза больше - они чаще будут биться о стенки сосуда.

[wrest]

siago в сообщении #1608201 писал(а):

Ваша картина не соответствует наблюдениям. Сжатый воздух, выходящий из баллона, не только уменьшает давление, но и уменьшает температуру.

Там всё сложно, см. Википедию, статья "Эффект Джоуля — Томсона"
Краткий ответ: из-за неидеальности газа. Температура может как уменьшаться, так и возрастать.
Если газ идеальный, то температура при расширении в вакуум не меняется.

[realeugene]

siago в сообщении #1608196 писал(а):

А что вы называете школьной физикой - задачу о термодинамических параметрах в силовом поле?

Молекулярно-кинетическую теорию идеального газа. Учебники теорфизики нужно читать, во-первых, после изучения курса школьной физики, во-вторых, после изучения курса общей физики. Иначе вы их просто не поймёте.

[sergey zhukov]

wrest
Поведение "почти" идеального газа в трубе при сняти перегородки я уже как-тот раз рисовал. Температура после снятия перегородки не станет равновесной очень быстро. Если газ не перемешивается, потребуется много времени для выравнивания температуры при помощи теплопроводности. Это, в общем, очевидно: левая часть газа расширяется и как поршень сжимает правую. Левая охлаждается, правая - нагревается. После чего им нужно прийти в тепловое равновесие, а это может быть делом не быстрым.

wrest в сообщении #1608193 писал(а):

Тут в теме говорится о том, что температура так же останется постоянной во всем цилиндре (и тоже, видимо, какая и была в той части где был газ)

Нет, она изменится, ведь газ совершает работу против силы тяжести. Скажем, если изначально весь он был внизу столба, и снятие перегородки позволило ему расширяться вверх. Да, в конце столб будет изотермический, но его температура будет ниже, чем у газа вначале. Это только в невесомости газ не может совершить никакой работы при расширении в полость с неподвижными стенками, поэтому его конечная внутренняя энергия равна начальной. В гравитационном поле у газа еще потенциальная энергия появляется.

Вообще, все эти расширения проходят через волны. Если газ идеальный, то можно и не дождаться равновесного состояния, будут бесконечные колебания. Если же его аккуратно демпфировать, то любые внезапные расширения обычно происходят так: давление резко выравнивается, температура резко становится неравномерной, быстрые затухающие колебания, температура медленно выравнивается.

siago в сообщении #1608198 писал(а):

То есть перемещаются не молекулы, а кинетическая энергия.

Конечно. Все разговоры про "молекула поднимается наверх без столкновений и теряет энергию" - это просто для упрощения понимания. Молекулы обычно толкутся на месте, обмениваясь кинетической энергией с ближайшими соседями. В некоторых случаях эти два подхода дают одно и то же (как, например, в одномерном случае). Мы можем считать, что молекулы сталкиваются и разлетаются, можем считать, что столкновения не было и они просто пролетели друг сквозь друга - это одно и то же, если считать молекулы неразличимыми, но второе представление проще для понимания, ведь столкновения учитывать не нужно.

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1608204 писал(а):

Там всё сложно, см. Википедию, статья "Эффект Джоуля — Томсона"

Всё смешалось, люди, кони.
1. При адиабатическом расширении газа в равновесном процессе газ охлаждается всегда.
Никаких "неидеальностей" тут учитывать не нужно.

2. При "расширении в вакуум" газ действительно не охладится. Так как в этом случае работу не совершает.
Никаких "неидеальнтстей газа" тут учитывать не нужно. Нужно учитывать, что этот процесс неравновесный.

3. При струе из баллона - газ работу совершает. На разгон струи. Но и процесс вряд ли можно считать равновесным.
Что-то среднее между 1 и 2. Балон обязательно охладится.

4. А эффект Джоуля-Томпосна - это охлаждение газа при пропускании через пористую перегородку. И он есть проявление именно неидеальности газа.

-- 07.09.2023, 07:11 --

Для вывода адиабатического градиента температуры используются следующие факты:

1. Уравнение гидростатического равновесия.
2. Уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клайперона)
3. Уравнение Пуассона для адиабатического процесса. Основание для применение этого уравнения - отдельные области с газом теплотой друг с другом не обмениваются.

Таким образом,
а) адиабатическая атмосфера - это и есть равновесное состояние теплоизолированного столба идеального газа в поле тяжести.
б) при любом другом состоянии будет происходить теплообмен внутри атмосферы (для идеального газа).

К чему тут можно придраться. Единственно. Так это к тому, что газ должен находиться в равновесии не только с собой, но и с излучением. Это сдвинет равновесие в сторону изотермической атмосферы.

[sergey zhukov]

EUgeneUS в сообщении #1608233 писал(а):

К чему тут можно придраться.

Ну если отдельные части газа теплотой друг с другом не обмениваются, то конечно. Только это приближение. Адиабатическая атмосфера просто безразлична (скажем, устойчива) к конвекции. Конвективного переноса тепла в ней нет. Теплопроводность же в ней работает и без излучения. Поскольку теплопроводность в сравнении с конвекцией - это по сути ничто, то есть смысл в некоторых случаях говорить аб адиабатической атмосфере, как о равновесной (точнее, безразличной к конвекции). В механическом смысле.

[EUgeneUS]

sergey zhukov


Возьмем какое-то количество газа (в молях) вверху и переместим (через соответствующий равновесный процесс) вниз, и точно такое же колчества газа возьмем внизу и переместим наверх.

а) для адиабатической атмосферы - ничего не изменится, мы получим исходное состояние.
б) для изотермической атмосферы вверху охладится, внизу нагреется.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Все верно. Нагреется и охладится газ в обоих случаях. Только в первом состояние системы от этого не изменится, а во втором - изменится. Изотермическая атмосфера устойчива к конвекции, а адиабатическая - просто безразлична.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1608239 писал(а):

Только в первом состояние системы от этого не изменится, а во втором - изменится.

Это и означает, что в первом случае состояние равновесное, а во втором - неравновесное. ЧТД.

-- 07.09.2023, 07:48 --

sergey zhukov в сообщении #1608239 писал(а):

Нагреется и охладится газ в обоих случаях

Тут Вы немного меня не поняли.
Имелось в виду, для изотермического процесса:
а) произодейт перенос тепла сверху вниз
б) а значит охладится верхняя часть атмосферы, а не только перемещаемый газ.
в) и аналогично - нагреется нижняя часть атмосферы, а не только перемещаемый газ.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Ну, я только хотел сказать, что устойчивых к конвекции атмосфер сколько угодно, безразличных - только одна (адиабатическая). Термодинамически равновесная атмосфера тоже одна - изотермическая - одна из устойчивых к конвекции. "Устойчивых" к теплопроводности нет (кроме изотермической, конечно).

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1608244 писал(а):

Термодинамически равновесная атмосфера тоже одна - изотермическая - одна из устойчивых к конвекции

Я уж и не знаю, как Вам ещё объяснить, что в адиабатической атмосфере нет потоков теплоты, а в изотермической - есть (сверху вниз).
А значит адиабатическая - термодинамически устойчивая, а изотермическая - нет.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Вы тему не читали что-ли? Да, надеюсь, мы с вами о теплоизолированной от Солнца атмосфере говорим (вертикальная теплоизолированная труба), а не о той, что у нас за окном.

[EUgeneUS]

sergey zhukov в сообщении #1608247 писал(а):

Вы тему не читали что-ли?

тему не читал, зацепился глазом за неверные утверждения на последних страницах. Читал учебники.

sergey zhukov в сообщении #1608247 писал(а):

Да, надеюсь, мы с вами о теплоизолированной от Солнца атмосфере говорим (вертикальная теплоизолированная труба), а не о той, что у нас за окном.

Это подразумевается в слове адиабатическая

Возможно, Вас смущает, что при переходе от изотермической атмосферы к адиабатической происходит перенос тепла из более холодных верхних слоев к более теплым нижним. Так читайте формулировку второго начала термодинамики Клаузиуса полностью, а не только её первую часть.

[sergey zhukov]

EUgeneUS
Я надеюсь, вы не хотите сказать, что изначально изотермическая изолированная атмосфера самопроизвольно перейдет в адиабатическую?

[EUgeneUS]

Именно это и хочу сказать.
Раз изотермическая - состояние неустойчивое, а адиабатическая - устойчивое.

-- 07.09.2023, 08:32 --

Излучение не учитываем, FGJ.