热力学
焓 是什么
H = U + PV。定压的热是 ΔH,开口系流动功是 PV;为什么流动与定压下 H 更自然
在定压下给气体加热,放进去的热一部分抬高内能,一部分随着膨胀变成功离开。把这两者捆成一束的量是焓 H = U + PV。热分成两路的地方,用一个字接住。
放进热,因为是定压,气体膨胀,放进的热分成内能上升和膨胀功。热并不全部变成温度。所以要升高同样的温度,体积固定的桶比起来,活塞被推出、一部分热变成膨胀功离开的定压,要用更多的热。
焓是内能加上 PV。改变体积,看着棒长起来,H = U + PV 作为一个状态量积起来,理想气体的焓也只是温度的函数。和功或热不同,焓是只由现在的状态决定的状态量,不管经过哪条路径,两个状态的焓差总是一样。
切换两种情形,分叉就清楚。定容时功是 0,放进的热就是内能变化,定压时放进的热整块成为焓变,定压的热就是焓变。化学书里的反应热大多写成焓,也是因为实验在向大气敞开的定压下进行,交换的热就是焓变。
这次是开口系统。要把流体推进边界里面,得顶着压力做那么多功,用滑块推进去,这份流动功正是 PV。用水管把水推过去,或者泵把流体吸进来,进来的每一块流体都带着推开前面压力的那一份。
为什么偏要用焓。用按钮一比,闭口系统有内能就够,可是进出的流动总带着 PV 流动功,把那一份预先加进内能的焓,是泵、汽轮机、锅炉这类流动装置的自然语言。下一讲转到理想气体。衡量冰箱或喷气发动机的性能,归根也是读进出流体的焓差,把那种流体处理得最单纯的起点,就是下一讲的理想气体。
实际应用整理一下,焓 H = U + PV 是内能加上压力与体积之积的状态量。定压下接受的热就是焓变,开口系统里把流体推进去的流动功正是那个积,所以在流动或定压问题里,焓比内能自然。下一讲看理想气体 PV=nRT,以及各过程的 P-V 轨迹。
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