如何理解焓和焓變?

焓的定義是從焓變來的,但卻沒系統的講過焓這個H=U+PV到底是個啥東西,只講它是個熱力學能狀態函數,那它究竟要描述什麼? 作為學習者試圖去分析,發現主要就難在PV這個東西的物理意義好像實在不好確定,這麼看是不是說焓變才是主要要理解的,焓這個東西只是個副產品,也不像熵一樣有什麼確切的涵義?


假設有一個control volume,有一團物質穿過control volume的邊界進入control volume內部,假設忽略動能和勢能,那麼這團物質帶入control volume的能量不僅僅是物質進入前自身的內能U,還有外界把物質壓入control volume做的功,也就是pV,所以定義焓H=U+pV,其實物理意義就是進入control volume的物質真正帶入control volume的能量。

對於離開control volume的物質,類似的,H是離開的物質真正帶出control volume的能量。


在一個閉口系中,物質具有的能量是熱力學能u,而在開口流動系中,物質除了具有熱力學能u,還伴隨著流動具有流動功pv。人類社會生產中如汽輪機等機械很多都是流體做功,為表達方便,故把u和pv用和的形式來表達,即物質的焓h=u+pv。

而焓變就好理解了,物質的熱力學能或者焓值只是一個數字,有的時候並不能說明什麼,焓值或高或低,無法說明物質能做多少功。根據熱力學第三定律,你無法把物質的全部熱力學能或者焓拿出來做功甚至是有用功,甚至拿出其中的一大部分有時候也是不現實的。你只有知道了你具體拿了多少,也就是熱力學能變或者焓變,才能界定其中有用的部分。狀態量是無意義的,變化量才是有意義的。


祭出這張有愛的圖

解釋一下

焓變=熱氣球的起飛

內能變化=點火

體積變化=吹氣球

壓力變化=從海平面升到高空

同樣可以比喻一下體積功和技術功

體積功就好比在地面吹氣球

技術功就好比熱氣球飛到高空


從工程熱力學來講,焓是 流動工質 所攜帶的能量。


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