comebaby：多方过程的实用解析

2020年11月24日发(作者：胡立阳)
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多方过程的实用解析

作者：朱元举

来源：《中国科技纵横》2012年第23期

摘要：气体的多方过 程是热力学中具有重要应用价值的课题，天空和星球上的气团运动大
都属于多方过程，多方过程是以多方 指数而不是以热容量为基准定义的.
关键词：物理化学 教材编写 理想气体 多方过程 星球气团 创新思维
高等教材编写的方向应该要更多地与实际应用相结合 。在编写物理化学教材的过程中深感
与实际联系的迫切，写出一些更新教材与化学工作者分享，在这里也 希望化学界的专家学者多
提宝贵意见和建议，积极加入到我们的行列中来。
在讲到热力学第一定律的应用时，理想气体的多方过程是一个难点，目前的物理化学教材
对这一专题都没 有作进一步的深入和展开，这样极大地限制了读者的想象空间，也不利于培养
创新意识。教材编写应始终 把挖掘创新能力放在首位，对教材中的一些重点和难点进行适度的
深入和展开，为拓展初学者的思维空间 铺平道路。[2]
在热力学第一定律一章中，现有物理化学教材都对理想气体的等值 （等温等压等容以及绝
热）过程进行了充分的讨论，但是气体发生的实际过程大都不是这几个等值过程， 而是介于等
值之间的复杂过程，热力学上称这种过程为多方过程.研究理想气体的多方过程具有重要的实
用价值，能够用来解决热力工程上的许多实际问题，天空和星球上的气团运动也大都属于多方
过 程，这在气象学和天体物理学中具有重要意义。[3]
多方过程类似于理想气体的绝 热过程，下面先来建立这一过程方程.低压下的气体一般都
可以视为理想气体，并假定过程是可逆的，因 而有
式中K、K、K为积分常数，称热容差比，又称多方指数（polytropic exponent），多方的
含义是指方程中的某个物理量（T、P or V）具有多次方的形式.上 述方程是多方过程的定义
式，即只有满足上述方程的过程才为多方过程，推导上述方程时引入了理想气体 、过程可逆以
及多方指数为常数的限定条件，下面逐一分析这些条件的意义。
低压下的气体一般可视为理想气体，这一限定条件使得多方方程只适用于低压气体，大气
中的气团运动满 足理想气体的条件，内燃机气缸内的压力较高，与理想气体所得结果相差较大.
过程可逆意味着过程进行 得很慢是准静态的，如果一个实际过程进行得很快，严格说来不能视
为多方过程.另外，如果气体的各种 热容量都是常数，那么多方指数也一定是常数，这满足多
方过程的定义.但是有些教材中以热容量为常数 来定义多方过程却是不妥的，因为一般说来，
理想气体的定压热容量Cp、定容热容量Cv以及多方热容 量C都不是常数，但只是温度的函
数.对于单原子分子理想气体而言，各种热容量基本上不随温度变化； 而对于多原子分子理想