热力学
焓 H=U+PV 在定压下自然出现
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,加进去的热一部分抬高内能,一部分随膨胀作为功跑掉。把这两样捆在一起的量,就是焓 H = U + PV。
加点热。定压下气体会膨胀,所以加进去的热分成内能上升和膨胀做功两份。热不会全变成温度。所以要把温度升高同样多,比起体积固定的容器,在活塞被推出、一部分热作为膨胀功溜走的定压下需要更多的热。
焓是内能加上 PV。改变体积,看 PV 条往上长。H = U + PV 叠成一个状态量;对理想气体,H 也只是温度的函数。与功和热不同,H 是只由当前状态决定的状态量,所以无论走的是哪条路径,两个状态之间的焓差始终相同。
切换两种情形。等容下不做功,所以加的热就是 ΔU。定压下加的热整个变成 ΔH。定压的热就是焓变。化学书里的反应热大多以焓的形式给出,也是因为实验是在向大气敞开的定压下进行,交换的热正好就是焓变。
这回是开口系。要把流体推进边界,就得逆着压力做 PV 那么多的功。用滑块推进去,这份流动功正好是 PV。用水管把水压送出去、或者用泵把流体吸进来时,每一团进来的流体都始终带着推开前方压力所需的那一份 PV。
为什么非要用 H?用按钮比一比。闭口系用 U 就够,但只要有流进流出,就总跟着 PV 流动功。把那份 PV 预先并进 U,就得到 H,泵、涡轮、锅炉这类流动装置的自然语言。下一讲我们进入理想气体。估算冰箱或喷气发动机的性能,归根到底也是在读进出流体的焓差,而最简单地处理那种流体的起点,正是下一讲的理想气体。
实际应用总结一下:焓 H = U + PV 是内能加 PV 的状态量。定压下吸的热就是 ΔH,开口系里把流体推进去的流动功正好是 PV。所以在流动或定压问题里,H 比 U 更自然。下一讲我们看理想气体 PV=nRT 以及各过程的 P-V 轨迹。
← 热力学