焓和熵的由來.docx

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1、焓和熵的由來熵S：物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。熵的單位就是焦耳每開爾文，即J/K。熵是熱力系內(nèi)微觀粒子無序度的一個量度，熵的變化可以判斷熱力過程是否為可逆過程。（可逆過程熵不變）熱力學(xué)能與動能、勢能一樣，是物體的一個狀態(tài)量。能量可以轉(zhuǎn)化為功，能量守恒定律宣稱，宇宙中的能量必須永遠保持相同的值。那么，能夠把能量無止境地轉(zhuǎn)化為功嗎？既然能量不滅，那么它是否可以一次又一次地轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ?824年，法國物理學(xué)家卡諾證明：為了作功，在一個系統(tǒng)中熱能必須非均勻地分布，系統(tǒng)中某一部分熱能的密集程度必須大于平均值，另一部分則小于平均值，所能荼得的功的數(shù)量媽決于這種密集程度之差。在作

2、功的同時，這種差異也在減小。當能量均勻分布時，就不能再作功了，盡管此時所有的能量依然還存在著。德國物理學(xué)家克勞修斯重新審查了卡諾的工作，根據(jù)熱傳導(dǎo)總是從高溫到低溫而不能反過來這一事實，在1850年的論文中提出：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。這就是熱力學(xué)第二定律，能量守恒則是熱力學(xué)第一定律。1854年，克勞修斯找出了熱與溫度之間的某一種確定產(chǎn)關(guān)系，他證明當能量密集程度的差異減小時，這種關(guān)系在數(shù)值上總在增加，由于某種原因，他在1856年的論文中將這一關(guān)系式稱作“熵”（entropy)。在作理論分析時，有時用熵的概念比較方便。在自然界發(fā)生的許多過程中，有的過程朝一個方向可以自

3、發(fā)地進行，而反之則不行。例如，一個容器的兩邊裝有溫度、壓力相同的兩種氣體，在將中間的隔板抽開后，兩種氣體會自發(fā)地均勻混合，但是，要將它們分離則必須消耗功。混合前后雖然溫度、壓力不變，但是兩種狀態(tài)是不同的，單用溫度與壓力不能說明它的狀態(tài)。兩個溫度不同的物體相互接觸時，高溫物體會自發(fā)地將熱傳給低溫物體，最后兩個物體溫度達到相等。但是，相反的過程不會自發(fā)地發(fā)生。上述現(xiàn)象說明，自然界發(fā)生的一些過程是有一定的方向性的，這種過程叫不可逆過程。過程前后的兩個狀態(tài)是不等價的。用什么物理量來度量這種不等價性呢?通過研究，找到了“熵”這個物理量。有些過程在理想情況下有可能是可逆的，例如氣缸中氣體膨脹時舉起一個重

4、物做了功，當重物下落時有可能將氣體又壓縮到原先的狀態(tài)。根據(jù)熵的定義，熵在一個可逆絕熱過程的前后是不變的。而對于不可逆的絕熱過程，則過程朝熵增大的方向進行?；蛘哒f，熵這個物理量可以表示過程的方向性，自然界自發(fā)進行的過程總是朝著總熵增加的方向進行，理想的可逆過程總熵保持不變。對上述的兩個不可逆過程，它們的終態(tài)的熵值必大于初態(tài)的熵值。在制氧機中常遇到的節(jié)流閥的節(jié)流膨脹過程和膨脹機的膨脹過程均可近似地看成是絕熱過程。二者膨脹后壓力均降低。但是，前者是不可逆的絕熱膨脹，膨脹前后熵值肯定增大。后者在理想情況下膨脹對外作出的功可以等于壓縮消耗的功，是可逆絕熱膨脹過程，膨脹前后熵值不變，叫等熵膨脹。實際的膨

5、脹機膨脹會有損失，也是不可逆過程，熵也增大。但是，它的不可逆程度比節(jié)流過程小，增加的熵值也小。因此，熵的增加值反映了這個絕熱過程不可逆程度的大小。在作理論分析計算時，引入熵這個狀態(tài)參數(shù)很為方便。熵的單位為J/(mol?K)或kJ/(kmol?K)。但是，通常關(guān)心的不是熵的數(shù)值，而是熵的變化趨勢。對實際的絕熱膨脹過程，熵必然增加。熵增加的幅度越小，說明損失越小，效率越高。焓：熱力學(xué)中表示物質(zhì)系統(tǒng)能量的一個狀態(tài)函數(shù)，常用符號H表示。數(shù)值上等于系統(tǒng)的內(nèi)能U加上壓強p和體積V的乘積，即H=U+pV。焓的變化是系統(tǒng)在等壓可逆過程中所吸收的熱量的度量。焓是物體的一個熱力學(xué)能狀態(tài)函數(shù)。在介紹焓之前我們需要

6、了解一下分子熱運動、熱力學(xué)能和熱力學(xué)第一定律：1827年，英國植物學(xué)家布朗把非常細小的花粉放在水面上并用顯微鏡觀察，發(fā)現(xiàn)花粉在水面上不停地運動，且運動軌跡極不規(guī)則。起初人們以為是外界影響，如振動或液體對流等，后經(jīng)實驗證明這種運動的的原因不在外界，而在液體內(nèi)部。原來花粉在水面運動是受到各個方向水分子的撞擊引起的。于是這種運動叫做布朗運動，布朗運動表明液體分子在不停地做無規(guī)則運動。從實驗中可以觀察到，布朗運動隨著溫度的升高而愈加劇烈。這表示分子的無規(guī)則運動跟溫度有關(guān)系，溫度越高，分子的無規(guī)則運動就越激烈。正因為分子的無規(guī)則運動與溫度有關(guān)系，所以通常把分子的這種運動叫做分子的熱運動。在熱學(xué)中，分子

7、、原子、離子做熱運動時遵從相同的規(guī)律，所以統(tǒng)稱為分子。既然組成物體的分子不停地做無規(guī)則運動，那么，像一切運動著的物體一樣，做熱運動的分子也具有動能。個別分子的運動現(xiàn)象（速度大小和方向）是偶然的，但從大量分子整體來看，在一定條件下，他們遵循著一定的統(tǒng)計規(guī)律，與熱運動有關(guān)的宏觀量——溫度，就是大量分子熱運動的統(tǒng)計平均值。分子動能與溫度有關(guān)，溫度越高，分子的平均動能就越大，反之越小。所以從分子動理論的角度看，溫度是