正确理解“外界做功”

一位青年教师在讲授完"热力学第一定律"的相关知识后,为使学生加深对该定律的理解,设计了下面一道练习题.     

《相对论、宇宙与时空》连载⑧——相对论预言的天体(黑洞)(下)

5 黑洞热力学 人们认为激发态的黑洞具有生命力,而基态的黑洞则是一颗死亡的星,是恒星演化的最后归宿.基态的史瓦西黑洞除去能不断吞食物质外,不会再有任何物理过程.然而,这个认识很快就被推翻了,基态的黑洞,实际上也是一颗充满生命力的活跃的星.我们先看一下黑洞的"无毛定理"和"面积定理"[3-14].     

线性唯象传热定律下光驱动发动机的最优路径

以存在热漏、摩擦等不可逆性,以双分子反应系统2SO3FS2O6F2为工质的光驱动发动机为研究对象,考虑工质与环境之间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ(T-1)],分别以输出功最大和熵产生最小为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行研究.利用最优控制理论得出了活塞运动路径及工质温度的最优构型,给出了最优构型的数值算例,并与牛顿传热定律[q∝Δ(T)]下的最优构型进行了比较.     

单重态H_2N=B:→HNBH重排反应的理论研究

用量子化学中的从头算方法, 在MP2/6-311++G(d,p)水平上研究了单重态H_2N=B→HNBH重排反应的机理。结果表明, 该重排反应经过一个三元环过渡态。根据计算结果，初步讨论了该反应的热力学及动力学函数。     

Ag3PO4溶解热力学函数的晶面效应与温度效应

在室温下制备了立方体{100}、 四面体{111}、 菱形十二面体{110}和块体Ag₃PO₄微晶, 并进行了表征. 测定了其在不同温度下水溶液中的电导率, 结合强电解质溶液和溶解热力学理论, 得到了Ag₃PO₄微晶的溶解热力学函数. 以具有不同晶面的Ag₃PO₄微晶为模型, 研究了纳米材料溶解热力学函数的晶面效应和温度效应. 结果表明, 具有{110}晶面的菱形十二面体Ag₃PO₄的标准摩尔溶解吉布斯自由能()、 标准摩尔溶解焓()和标准摩尔溶解熵()最大, 具有{100}晶面的立方体Ag₃PO₄次之, 具有{111}晶面的四面体Ag₃PO₄最小; 溶解平衡常数(K_{\mathrm{SP}})和随着温度的升高而增大.     

步进扫描差示扫描量热法研究不同链结构的聚乙烯类聚烯烃热力学特性

采用步进扫描差示扫描量热法研究了几种具有不同链结构的聚乙烯类聚烯烃的热力学性质.结果表明,不同链结构的聚烯烃在热力学平衡熔融态下,其绝对比热容的温度依赖性在实验误差范围内几乎相同;而无论链结构的变化如何,在极低温度下稳定结晶态的热容也非常接近.但在熔融温度范围内,比热容对不同聚烯烃的链结构非常敏感,这是由于在远低于聚烯烃主熔化峰温度范围内,聚乙烯晶体结构中的不同支链的影响.在时间-热流的步进扫描曲线中,具有长支链结构的聚烯烃表现出独特的熔融-再结晶行为,这可能是由于交联点之间较长的受约束链段的运动在熔融过程中得到释放并重排所致.     

基于CoFe2O4载氧体的生物质化学链气化热力学分析及实验研究

对基于CoFe₂O₄载氧体的生物质化学链气化反应进行了热力学分析,研究了载氧体添加量、温度及水蒸气含量对气化反应特性的影响。同时应用热重分析仪对CoFe₂O₄和生物质的气化反应特性进行了实验研究,并利用XRD对反应前后载氧体的物相组成进行分析。热力学研究表明,CoFe₂O₄在气化反应中能够提供晶格氧,有效促进生物质气化,提高碳转化率。随着反应温度升高,合成气中H₂和CO的含量增加,CO₂的含量减少。随着水蒸气含量增加,H₂和CO₂含量会增加,CO含量减少。添加水蒸气能够提高合成气中H₂和CO的比值,改善合成气的品质。热重实验及XRD结果表明,钴优先于铁被还原,钴与铁存在协同作用,钴能够促进铁的进一步还原。随着载氧体添加量的增加,载氧体被还原的程度会降低,载氧体与生物质的最佳质量比为0.8。     

岩体结构非平衡演化的有效应力原理及长期稳定性分析

开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态, 将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全. 时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心. 在赖斯(Rice) 内变量热力学理论框架下, 提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理, 指出有效应力是总应力中能有效驱动结构演化的部分. 将内变量率形式的非弹性应变率方程和能量耗散率函数表示为有效应力形式, 并提出非弹性余能概念. 给定具体的余能密度函数和内变量演化方程, 得到了考虑损伤的内变量黏塑性应变率方程. 通过相似材料加卸载蠕变试验结果进行参数辨识, 并分别计算了内变量率形式和有效应力形式的黏塑性应变率、能量耗散率和非弹性余能, 并对其进行比较分析. 结果表明:在过渡蠕变和稳态蠕变阶段两种形式的方程计算的黏塑性应变率几乎相等, 但在加速蠕变阶段两者相差较大;非弹性余能和能量耗散率全域积分分别从驱动结构非平衡演化的内在潜力和实际效果的角度表征了结构的非平衡演化状态和演化趋势, 能量耗散率积分更合适用于评价岩体工程结构的长期稳定性. 最后以深埋地下洞室作为工程算例, 并对其长期稳定性进行分析.