熱力學(xué)方程（英語：thermodynamic equation）是以數(shù)學(xué)架構(gòu)描述于實(shí)驗(yàn)室或生產(chǎn)制程中測(cè)得的熱力學(xué)物理量。熱力學(xué)是基于一些基礎(chǔ)假設(shè)，即熱力學(xué)定律，其中熱力學(xué)第一定律在大氣科學(xué)中的數(shù)學(xué)表述即為熱力學(xué)方程。
描述
大氣的動(dòng)力學(xué)過程和熱力學(xué)過程是相互聯(lián)系、相互制約的，熱力學(xué)第一定律也是應(yīng)用于大氣運(yùn)動(dòng)的基本定律，它給出了系統(tǒng)狀態(tài)改變與熱量交換之間的關(guān)系。熱力學(xué)第一定律可表述為：物質(zhì)體積元中內(nèi)能和動(dòng)能隨時(shí)間的變化率，等于外源的加熱率與外界對(duì)該物質(zhì)體積元所做的功率之和。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式即為熱力學(xué)方程，又稱“熱流量方程”。
方程
由普遍的能量守恒定律推導(dǎo)（推導(dǎo)過程可參考《動(dòng)力氣象學(xué)》）可得熱力學(xué)方程為
式中，T，p分別為溫度和氣壓；Q為外源對(duì)每單位質(zhì)量空氣的加熱率；t為時(shí)間；為干空氣比定容熱容，值為717焦耳每千克開爾文（）；a為比容；ε為喬治·斯托克斯耗散函數(shù)，表示分子黏性對(duì)動(dòng)能的耗散率。
該方程表明：空氣微團(tuán)每單位質(zhì)量的內(nèi)能隨時(shí)間的變化率，等于外源的加熱率、分子黏性對(duì)動(dòng)能的耗散率和壓縮功率之和。
一般情況下分子黏性對(duì)動(dòng)能的耗散率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓縮功率，在動(dòng)力氣象學(xué)中常將其略去，于是常用的熱力學(xué)方程的形式為或?qū)⑸鲜角笕?a href="/hebeideji/385229163457989516.html">導(dǎo)數(shù)之后的形式為其中為干空氣比定壓熱容，值為1000焦耳每千克開爾文（）。
熱力學(xué)方程規(guī)定了熱交換與微團(tuán)狀態(tài)改變之間的關(guān)系，而且對(duì)于理解大氣動(dòng)力過程與熱力過程之間相互聯(lián)系、相互制約的辯證關(guān)系也十分重要。熱力學(xué)方程左邊第二項(xiàng)表示了壓力對(duì)單位質(zhì)量空氣的做功率，因此它代表了熱能和機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換，說明太陽熱能可以驅(qū)動(dòng)大氣運(yùn)動(dòng)。
參考資料 >