财经社区女性社区汽车社区军事社区文学社区社会社区娱乐社区游戏社区个人空间
上一主题:本论坛禁止骗子及其帮凶发言,刘... 下一主题:量子纠缠----科学向宗教曲膝投降
[楼主]  [91楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/27 20:44 

对于单原子理想气体的绝热方程是:
(3/2)RlnT-Rlnρ=C 其中R表示气体普适常数,T表示温度;ρ表示数密度;C 为体系常数。状态方程则是:
p=ρRT 静力平衡条件则是: dp+mgρdz=0 其中m为气体的摩尔质量;g则为重力加速度;z 则为其参考高度。

联立这三道方程,从中解得温度分布函数:T=T.-2mgz/(5R) 其中T.为气柱底部的温度值。其中-2mg/(5R)就是单原子理想气体柱的温度的递减率,对于大气柱温度递减率就是:-2mg/(7R)。其中 m=29克

这里的重点和难点(焦点),就是 熵平衡条件 的数学表达式的获得。可 依据 平衡态原理(无熵产)运用“变分法”获得。其实 《数学物理方法》在波动方程的推导中已经使用了这个数学关系式(那里称之为 泊松方程);在《量子化学》中汤玛斯费米在推导多电子原子的电子云密度统计方程中也使用了这个关系式(泊松方程)。但他们都没有指出其来历和使用的物理依据。我为了追究其来历,就依据平衡态原理(无熵产)尝试了 变分法 意外地一举成功。

不仅处在引力场中的(单原子)理想气体达到死寂态的参量分布函数需要联合求解这三道静态方程,就是原子核周围的基态电子云的参量(密度、平均动能、压强)分布函数的获得也许要联合求解这三道方程。因为凡是随机事件的统计平衡态都服从着 平衡态原理(无熵产);我是第一个将统计物理的熵理论和思想方法引入电子云系统,这本是量子力学的任务。而且运用此法试解 类氢原子的基态电子云 一举获得圆满成功。并首次发现原子核外的电子云是有界的!我引入了 几率熵的概念;将熵概念引入电子云系统。
《量子力学》是如何获得电子云几率密度分布函数的呢?薛定谔方程的建立过程就是形式类比加猜测的过程,其正确性只能依赖试验结果来裁决!而在我这里则是步步为营的公理化方法的演绎推导的过程。

这里的关键就是死死咬住 平衡态原理(无熵产)运用 变分法 直接导出“熵平衡条件”。

这里的讨论仅仅满足于死寂态。
[楼主]  [92楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/27 22:39 

对于单原子理想气体的绝热方程是:
(3/2)RlnT-Rlnρ=C 其中R表示气体普适常数,T表示温度;ρ表示数密度;C 为体系常数。状态方程则是:
p=ρRT 静力平衡条件则是: dp+mgρdz=0 其中m为气体的摩尔质量;g则为重力加速度;z 则为其参考高度。

联立这三道方程,从中解得温度分布函数:T=T.-2mgz/(5R) 其中T.为气柱底部的温度值。其中-2mg/(5R)就是单原子理想气体柱的温度的递减率,对于大气柱温度递减率就是:-2mg/(7R)。其中 m=29克

具体的求解过程:

首先微分状态方程 p=ρRT 得 dp=RTdρ+ρRdT 再将此式代入静力平衡条件dp+mgρdz=0 消掉dp得

RTdρ+ρRdT+mgρdz=0

再微分状态方程(3/2)RlnT-Rlnρ=C 得 RTdρ= (3/2)ρRdT,两边同时除以dz得 RTdρ/dz=(3/2)ρRdT/dz
再将RTdρ+ρRdT+mgρdz=0 的各项也同时除以dz得RTdρ/dz+ρRdT/dz+mgρ=0 用等项替换法将RTdρ/dz换成
(3/2)ρRdT/dz便得 (3/2)ρRdT/dz +ρRdT/dz+mgρ=0 整理得 dT/dz = -2mg/(5R),

两边积分得 T=T.-2mgz/(5R)

对于大气则为 T=T.-2mgz/(7R)

其中 -2mg/(7R) 就是《大气科学》中多元大气柱的温度递减率的计算公式,m=29克。


其中(3/2)RlnT-Rlnρ=C 式可以依据平衡态原理(无熵产)运用变分法导出。


[楼主]  [93楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/27 22:57 

对于平衡态流体系统,一直存在着大小不等的流体元在作可逆的准静态的漫游,在绝热封闭的死寂态理想气体柱中,不仅存在单个分子作不停的漫游,还存在着规模大小不等的分子群(气团)在作漫游,气团(属于宏观系统)在漫游过程(类似于 布朗运动)一直保持绝热可逆地进行。漫游到哪里都与那里的压力与温度保持一致,所以并不存在热传导;整个体系的宏观上处于死寂态。这种理解符合整个体系处处的比熵相等的熵平衡条件的物理内涵。
[楼主]  [94楼]  作者:541218  发表时间: 2010/07/27 23:01 

to[不速游客]:当你参阅了[91楼]、[92楼],你还会觉得那道题很难么?

 ………………………………………………………………………………………………………………………………………

附:

一、初始条件(单原子理想气体系统的摩尔数=1;摩尔质量=4克;总能量=两大卡;匀强力场强度=每秒每秒两万米、系统容器的体积=两百万立方公里);

二、边界条件(系统的几何参量:横截面积等于两平方米的筒柱;物理环境:拥有绝热的刚性壁)。




依据这个定解条件解出该容器中理想气体的密度、温度、压力分布函数。并指出其底部的温度、密度、压力的精确数值(保留两位小数,小数点后第三位数值四舍五入)。

 

我是在引导你等走向诺奖台............真的!

这里的 温度梯度 决不是由热源维持的!而是由力场维持的!是 平衡态原理(无熵产)的直接推论!这个离经叛道的结论就是诺奖级结论!

 [95楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 14:10 

你80楼的观点没有什么创新和惊异之处,谈不上要担心“成了众矢之的”。

“温度是高度的函数”不是什么骇人听闻的结论。虽然研究静置多时的气体的温度分布,是一个较为复杂的问题,不是每个人都能考虑完整,但这个结论不是什么学术上的新创造。此外,我认为单一气体温度随着高度而增,你却认为相反,这就是我们的差别之处,只剩下谁对随错而已。你套用大气科学的结论,我觉得这与大气科学中“始终处于动态”过程是不同问题。
[楼主]  [96楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 14:34 

读帖时,帖子不存在
 [97楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 14:48 

我觉得[92楼]的方法不是最佳的。理由如下:

为研究静置多时的气体,静力平衡条件dp+mgρdz=0,是对的。状态方程p=ρRT,也是可用的。但是对于绝热方程(3/2)RlnT-Rlnρ=C,我认为不好。

实际上,绝热方程(3/2)RlnT-Rlnρ=C,是能量守恒TdS=du+pdV与状态方程p=ρRT联立的产物(这儿,dV为体积变化量,du为内能变化量,dS为熵变化量)。只要令所谓的“绝热”,TdS=0,熵不产生,就可以从这两个式子得到绝热方程(3/2)RlnT-Rlnρ=C。 但是我们从能量守恒TdS=du+pdV可以看出,虽然整个体系它是绝热的,但由于T, p,ρ都是高度z的函数,因而TdS=du+pdV中的dS也是高度的函数,也就是对于高度上的每一点的“气体元”而言,其实并不满足“绝热”条件,“气体元”与临近“气体元”之间是有热量交换的。因此,每一点上的TdS不等于零,每一点上的du+pdV也不等于零。因此,(3/2)RlnT-Rlnρ=C并不完整。因此541218的方法不对。正确的方法应该是:利用TdS=du+pdV来代替他的(3/2)RlnT-Rlnρ=C,且还要再加一个约束条件,即TdS对高度的积分为零(也就是说,整个体系是真正绝热的)。

541218的方法只是一个很近似的做法,需要一个前提条件,即假设“气体元”与临近“气体元”之间的热量交换比较缓慢,即假设:比起气体元内部变化而言,“气体元”与临近“气体元”之间可以近似看作‘绝热’。 实际气体可能的确会近似达到‘ “气体元”与临近“气体元”之间的热量交换非常缓慢’的条件,譬如大气科学问题。但是如果不谈这个近似(假设)问题,从一般意义上讲,那么541218的方法是不对的,应该用我上面建议的方法:能量守恒+静力平衡+物态方程。
JIAN QI SHEN, ZJU 2010-8-1





 [98楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 15:09 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [99楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 15:58 

沈博士依然在不知觉地运用傅氏热流定律!所以在担心各局域的温度差异所引发的热传递;因为现在 热流定律与粒子扩散定律都不能露面(思考与分析过程不能考虑到热流定律与粒子扩散定律)!只知道热力学体系必然服从平衡态原理(无熵产);接着运用 变分法 导出 比熵平衡条件。这时候对热力学理论体系还不知道更多!就像初中生刚学习化学这门功课,第一节提到什么叫化学变化?你不能向学生阐述:就是物质的分子没有发生变化,只是分子间的距离和聚集方式发生了变化。因为这时候,学生还不知道更多的化学概念!所以不许用分子这个概念来阐释!类似地,在热力学刚开始,只知道 平衡态原理(无熵产),当然早就知道 物态方程、静力平衡条件。只有澄清了热流的驱动力总共有哪些种类(是否除了温度场梯度还包括势场梯度)才能确定热流定律!现在尚不知道只有温度梯度是不是一定会导致热流产生?所以现在尚无理由分析是否有热流伴随?现在只敢断言气体处于死寂态肯定 无熵产!也就是说死寂态体系的总熵肯定与时间无关。所以 比熵平衡条件 当仁不让!这个所谓的 死寂态热力学方程组 是从 非平衡过程的 衡算方程组 演化过来的。

人们对 平衡态原理(无熵产)即 有限的热力学体系必死原理 毫无顾忌,毋庸置疑,没有任何人试图挑战平衡态原理!而力场是否属于热流驱动力的问题,却并不那么明朗、清晰,所以不能作为公理(出发点)!

在选择公理(出发点)的时候应比较一下,看哪一个说法明显无争议!从中筛选出一个来作为公理,在热流定律、粒子扩散定律与平衡态原理(必死原理)种筛选一个!能量守恒定律是指存在热流和粒子流的过程才讨论此过程必须保证能量守恒,而在死寂态那就要关注 比熵、比能 谁最有可能均匀分布(平衡)的问题。与时间无关称之为守恒量,与坐标(高度)无关的 物理比量 则称之为平衡量。比熵 与 比能 在死寂态都属于与时间无关的守恒量,但它们之中最多只能有一个与高度无关的平衡量!现在就带着这个指导思想来分析比较一下究竟比熵 与 比能 哪一个最有可能属于与坐标无关的平衡量?
 [100楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 17:00 

读帖时,帖子不存在
 [101楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 17:12 

TO [96楼]:
这个问题只是一个教学和应用物理问题,谈不上是一个基本科研问题,不要跟科研有关的任何词(什么诺奖,什么革命派)搭上关系。一个知识问题罢了。这就像问“3乘以0.3333333无限循环”等不等于1的问题,工程人士认为不等,但数学家说等,因为0.3333333无限循环就是1/3。各方意见不同,是学术争论吗?不是。
[楼主]  [102楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 17:19 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [103楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 17:33 

这仅仅是你的淡然态度!!!只要你敢将这个结论刊登出去,你必将获得诺奖!!!这是北师大理学院老师与我较劲的!或者你根本就无能为力将这个结论刊登出去!热统界肯定会拒绝(否认)你的这个结论!
有一个叫章曦的留美博士,在美国求学期间度春假(美国学校初春放假),上网意外发现国内江苏的中学教师在英特网上发布引力与温度分布的讨论,使他颇为震惊:他说这很有可能存在着内在联系尽管会很微弱。他说这毫不逊色于当年爱因斯坦在专利局的研究工作!因为当时,我们回答不了他的苛刻诘难;他动摇了、放弃了…………这个话题的理论意义大的不得了!!!
怪不得你敢轻率表态的。

 [104楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 18:15 

读帖时,帖子不存在
 [105楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 18:23 

“在重力线上,显然不等容也不等压;现在就只剩下 等温与等熵这两种情况;二者必居其一!你自己看着办!究竟应该选择谁?”

-----------
SHEN RE: 正如先验地假设等温是不妥当的,先验地假设等熵也是不妥当的。对于一个完整的问题解答,客观的做法是:等容、等压、等温、等熵 ,统统不要做先验地假设,这些量都要去求解了之后才可以回答。因此你的思维,在逻辑上是不自洽的。你不容许做等温的假设,为什么可以容许做等熵的先验假定??不是五十步笑一百步吗?
 [106楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 18:25 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [107楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:29 

热力学体系决不能逃脱最大熵原理!必须接受最大熵原理的审查!必然是在最大熵原理(无熵产)的监控下各就各位!所以依据 平衡态原理(体系的熵不再变化即无熵变)运用《数学物理方法》中介绍的 变分法 即可轻松导出 熵平衡条件 其实就是 绝热方程。

当然是将各局域的熵累加起来得到体系的总熵(注意约束条件),然后再对其密度求一阶微商,即得欧勒微分方程 ,再求解 之,得一函数,原来就是绝热方程。

 

 

[楼主]  [108楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:34 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [109楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:55 

注意约束条件运用拉格朗日乘子法接着建立欧勒方程。

摘 要:当热力学体系达到平衡态时,具有“无耗散”或“无熵产”的特点。本文就依据这一“平衡态原理”且运用“变分法”进行“泛函分析”;导出“欧勒方程”的解──“比熵平衡规律”,并由此提出了“即使在外场中处于不均匀的无‘熵产’状态,即最大熵状态时,体系仍然保持着均匀的‘比熵’分布”这个疑问。同时,还勇敢地在 “热统”领域引进了“间接变分法”,从而增强了对“熵”的探讨能力;最后还作了一些展望。
[楼主]  [110楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:57 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [111楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:59 

其实上面的问题可以归结为,当体系的“熵产生率”等于零时,在重力场中达到热力学死寂态的热力学体系,各点介质的‘比熵’(即某小局域的熵与该小局域所含粒子数的比值)将保持什么样的关系问题。下面就以理想气体为例,运用 “间接变分法”中的“欧勒方程”[2]导出:在重力场中死寂的热力学体系仍然保持着各点“比熵”相等的结论。
[楼主]  [112楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 19:59 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [113楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 20:00 

利用密度在位形空间的分布函数 的泛函 之极值点(含拐点,因为并没有对欧勒方程考察其二阶导数如何)来确定“极(值)点(含拐点)”的密度分布规律,也就是寻求由“欧勒方程”所蕴涵的未知函数 与自变量参考高度 的依赖关系。我们应先明确泛函 就是体系的总熵。所谓泛函达到极值点(含拐点),就是体系的总熵 随着粒子密度分布的“自然调整”达到了极点值(含拐点值);故必须以“无熵产状态”作为“变分问题”的物理基础。同时还应明确体系的总熵 是由遍及整个体系所占“区域”(在本文为三维欧氏几何空间)的定积分来确定。这就需要明确“比熵”的表达式。而理想气体的“比熵”表达式为 ,这样,若要计算体系的总熵——密度分布函数的泛函,就可由 式确定了,其中 式则为“变分问题”的约束条件。
随着体系密度分布函数 的“自然调整”——自发地趋向“死寂”态,体系的(总)熵(即密度的泛函 )也将随之而变;当该体系的总熵在特定的情境下取得极点值(含拐点值)时;即需注意 式的约束条件,该变分问题有:

这就是简单情形时的“欧勒方程”一般表达式。其中 由“拉格朗日乘子法” [4]确定。这里 为待定“乘子”(常数), 为封闭容器内的摩尔数——附加约束条件。
或曰因体系在特定的约束条件下达到了“无熵产” 的状态(若离开特定的约束条件,谈论体系总熵的变化趋势是毫无意义的;即若不封闭体系,则无法判断体系的总熵将何去何从):

注意到复合微分关系 (此时视 为中间变量);而且即使在定熵过程也往往保持 ;故有

亦即

就是本课题将要利用的“殴勒方程”的具体表达式。
值得指出的是,这里的恒等变形 仅仅是为了用无熵产状态涵盖最大熵状态,以保证由此所得到的结论也适用于力场中的无熵产状态,但力场中的无熵产状态并不局限于最大熵状态。因为只关心绝热封闭的理想气体系统达到无熵产状态即“死寂态”时的温度与密度之间的依赖关系;本文并不关心也无法知道更完全没有必要知道:当绝热封闭的理想系统达到死寂状态时体系的总熵究竟是否会达到极大值;只知道其必然达到无熵产的状态,这已完全满足了变分法的要求。
[楼主]  [114楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 20:01 

读帖时,帖子不存在
 [115楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/01 21:03 

"当然是将各局域的熵累加起来得到体系的总熵(注意约束条件),然后再对其密度求一阶微商,即得欧勒微分方程 ,再求解 之,得一函数,原来就是绝热方程。"
=======================================================

shen re: 我根本就不相信(3/2)RlnT-Rlnρ=C就是上面的产物。这么简单的(3/2)RlnT-Rlnρ=C明明就是局域熵平衡的产物。如果将各局域的熵累加起来得到体系的总熵(注意约束条件),然后再对其密度求一阶微商,那么将得到一个复杂的方程。
[楼主]  [116楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 22:36 

读帖时,帖子不存在
[楼主]  [117楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/01 22:49 

读帖时,帖子不存在
 [118楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/02 00:53 

读帖时,帖子不存在
 [119楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2010/08/02 01:07 

TO 116,117楼:

我觉得你这里是唱高调,没有必要到现在由你来上升到这么高的理论意义高度。对于平衡态,稳定态,很多物理量都处于极值,这为使用变分法设立了空间。这本身就是早已知道的事实。

你把(3/2)RlnT-Rlnρ=C,p=ρRT,dp+mgρdz=0三者放在一起,去发表,就可以了。大家很快就可以接受,不会再有沟通困难(只要你不再使用“气团冉冉升起”的说法)。
[楼主]  [120楼]  作者:541218  发表时间: 2010/08/02 11:05 

读帖时,帖子不存在

精彩推荐>>

  简捷回复 [点此进入编辑器回帖页]  文明上网 理性发言
 推荐到西陆名言:
签  名:
作  者:
密  码:
游客来访 
注册用户 提 交
西陆网(www.xilu.com )版权所有 点击拥有西陆免费论坛  联系西陆小精灵

0.20168304443359