如何理解焓和焓變?
01-01
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。
推薦閱讀:
※物理學和信息學的信息概念有不同嗎?怎麼理解?
※如何理解量子霍爾效應?
※如何評價《萬有引力新論》(謝兆帥著)這本書?
※美國大學的物理系中,在「量子信息與量子計算」領域成果最突出、實力最強的是哪所學校?
※電流有速度嗎?如果有下面這個問題怎麼解釋?