焓熵的相关概念

焓是物体的一个热力学能状态函数。

<br/>在介绍焓之前我们需要了解一下分子热运动、热力学能和热力学第一定律：<br/>1827年，英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察，发现花粉在水面上不停地运动，且运动轨迹极不规则。

起初人们以为是外界影响，如振动或液体对流等，后经实验证明这种运动的的原因不在外界，而在液体内部。

原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的。

于是这种运动叫做布朗运动，布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动。

从实验中可以观察到，布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。

这表示分子的无规则运动跟温度有关系，温度越高，分子的无规则运动就越激烈。

正因为分子的无规则运动与温度有关系，所以通常把分子的这种运动叫做分子的热运动。

<br/>在热学中，分子、原子、离子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。

<br/>既然组成物体的分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。

个别分子的运动现象（速度大小和方向）是偶然的，但从大量分子整体来看，在一定条件下，他们遵循着一定的统计规律，与热运动有关的宏观量——温度，就是大量分子热运动的统计平均值。

分子动能与温度有关，温度越高，分子的平均动能就越大，反之越小。

所以从分子动理论的角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志（即微观含义，宏观：表示物体的冷热程度）。

<br/>分子间存在相互作用力，即化学上所说的分子间作用力（范德华力）。

分子间作用力是分子引力与分子斥力的合力，存在一距离r0使引力等于斥力，在这个位置上分子间作用力为零。

分子引力与分子斥力都随分子间距减小而增大，但是斥力的变化幅度相对较大，所以分子间距大于r0时表现为引力，小于r0时表现为斥力。

因为分子间存在相互作用力，所以分子间具有由它们相对位置决定的势能，叫做分子势能。

分子势能与弹簧弹性势能的变化相似。

物体的体积发生变化时，分子间距也发生变化，所以分子势能同物体的体积有关系。

<br/>物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的热力学能，也叫做内能，焓是流动式质的热力学能和流动功之和，也可认为是做功能力。

<br/>2、熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。

（可逆过程熵不）热力学能与动能、势能一样，是物体的一个状态量。

<br/>能可以转化为功，能量守恒定律宣称，宇宙中的能量必须永远保持相同的值。

那么，能够把能量无止境地转化为功吗？既然能量不灭，那么它是否可以一次又一次地转变为功？<br/>1824年，法国物理学家卡诺证明：为了作功，在一个系统中热能必须非均匀地分布，系统中某一部分热能的密集程度必须大于平均值，另一部分则小于平均值，所能荼得的功的数量妈决于这种密集程度之差。

在作功的同时，这种差异也在减小。

当能量均匀分布时，就不能再作功了，尽管此时所有的能量依然还存在着。

<br/>德国物理学家克劳修斯重新审查了卡诺的工作，根据热传导总是从高温到低温而不能反过来这一事实，在1850年的论文中提出：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。

这就是热力学第二定律，能量守恒则是热力学第一定律。

<br/>1854年，克劳修斯找出了热与温度之间的某一种确定产关系，他证明当能量密集程度的差异减小时，这种关系在数值上总在增加，由于某种原因，他在1856年的论文中将这一关系式称作“熵”（entropy),entropy一诩源于希腊语，本意是“弄清”或“查明”，但是这与克劳修斯所谈话的内容似乎没有什么联系。

热力学第二定律宣布宇宙的熵永远在增加着。

<br/>然而，随着类星体以及宇宙中其他神秘能源的发现，天文学家们现在已经在怀疑：热力学第二定律是否果真在任何地方任何条件下都成立<br/>熵与温度、压力、焓等一样，也是反映物质内部状态的一个物理量。

它不能直接用仪表测量，只能推算出来，所以比较抽象。

在作理论分析时，有时用熵的概念比较方便。

<br/>    在自然界发生的许多过程中，有的过程朝一个方向可以自发地进行，而反之则不行。

例如，如图4a所示，一个容器的两边装有温度、压力相同的两种气体，在将中间的隔板抽开后，两种气体会自发地均匀混合，但是，要将它们分离则必须消耗功。

混合前后虽然温度、压力不变，但是两种状态是不同的，单用温度与压力不能说明它的状态。

再如图4b所示的两个温度不同的物体相互接触时，高温物体会自发地将热传给低温物体，最后两个物体温度达到相等。

但是，相反的过程不会自发地发生。

上述现象说明，自然界发生的一些过程是有一定的方向性的，这种过程叫不可逆过程。

过程前后的两个状态是不等价的。

用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研究，找到了“熵”这个物理量。

<br/>有些过程在理想情况下有可能是可逆的，例如气缸中气体膨胀时举起一个重物做了功，当重物下落时有可能将气体又压缩到原先的状态。

根据熵的定义，熵在一个可逆绝热过程的前后是不变的。

而对于不可逆的绝热过程，则过程朝熵增大的方向进行。

或者说，熵这个物理量可以表示过程的方向性，自然界自发进行的过程总是朝着总熵增加的方向进行，理想的可逆过程总熵保持不变。

对上述的两个不可逆过程，它们的终态的熵值必大于初态的熵值。

<br/>    在制氧机中常遇到的节流阀的节流膨胀过程和膨胀机的膨胀过程均可近似地看成是绝热过程。

二者膨胀后压力均降低。

但是，前者是不可逆的绝热膨胀，膨胀前后熵值肯定增大。

后者在理想情况下膨胀对外作出的功可以等于压缩消耗的功，是可逆绝热膨胀过程，膨胀前后熵值不变，叫等熵膨胀。

实际的膨胀机膨胀会有损失，也是不可逆过程，熵也增大。

但是，它的不可逆程度比节流过程小，增加的熵值也小。

因此，熵的增加值反映了这个绝热过程不可逆程度的大小。

在作理论分析计算时，引入熵这个状态参数很为方便。

<br/>熵的单位为J/(mol?K)或kJ/(kmol?K)。

但是，通常关心的不是熵的数值，而是熵的变化趋势。

对实际的绝热膨胀过程，熵必然增加。

熵增加的幅度越小，说明损失越小，效率越高。

</焓，即H=U+PV由于U和PV都是状态参数，所以焓也是工质的一个状态参数。

对于一定状态的工质，U和PV都有确定的值，焓的值也就随之而定。

质量为m 的工质焓，单位为J 或kJ。

1kg工质的焓称为比焓，用表示，单位为J/kg或kJ/kg。

h=H/m=u+pv（1-13'）…焓的物理意义热力学能u是工质本身所具有的能量，推动功则是随工质流动而转移的能量，因此焓代表工质流入（或流出）开口系时传递入（或传递出）系统的能量。

由于热力工程中常碰到工质连续不断流过热力设备的情况，随工质流动而转移的能量中，取决于工质热力状态的部分是焓不是热力学能，因此焓的应用比热力学能更广泛。

工质的焓和热力学能一样，无法测定其绝对值。

在热工计算中关心的是两个状态间焓的变化，因此，可选取某一状态的焓值为零作为计算基准。

在状态变化的过程中，工质的焓变量为：△h=h2-h1=∫dh状态参数熵熵的定义状态参数熵是从研究热力学第二定律而得出的，它在热力学理论及热工计算中都有着重要作用。

工程热力学中熵的定义和状态参数焓一样，是以数学式给出的ds=δq/t式中δq为1kg工质在可逆过程中与外界交换的热量；T是传热时工质的热力学温度，ds 即此微元过程中1kg工质比熵的变量。

比熵的单位为J/(Kg.K)或KJ/(Kg.K)什么叫焓，用什么单位?答：在有关制氧机的书刊和技术资料中，经常会遇到“焓”这一个名词。

它表示什么意思呢?简单地说，焓是表示物质内部具有的一种能量的物理量，也就是一个表示物质状态的参数。

单位是能量的单位：kJ或kJ/kg。

我们知道，宏观表示物体所具有的能量是动能和位能。

动能的大小取决于他的质量和运动速度；位能是由地球的引力产生，取决于物体的质量和离地面的距离。

在物质内部，它是由大量分子组成的，分子在不停地做乱运动，具有分子运动的动能。

温度越高，分子运动越激烈，分子运动的动能就越大。

分子相互之间也有吸引力，分子间距离不同，相互吸引的位能也改变。

这种肉眼所不能看见的物质内部具有的能量叫“热力学能”。

物质由液态变为气态，是这种能量增大的体现。

对于流体(液体、气体)，当在缓慢流动时，虽然宏观运动的动能很小，但是，后面的流体必须为反抗前面的流体的压力做功，才能往前流动。

自行车胎打气就是一个做功使气体流入轮胎的过程。

根据能量转换定律，这个推进功将转变成流体携带的能量，叫做流动能，它与推进的压力有关，等于压力P与体积V的乘积pV。

在流动的流体内部，除了热力学能U 之外，还有这部分流动能。

为了方便，将这两部分能量之和，称为“焓”，用符号H(对单位量流体用h)表示。

即焓=热力学能+流动能H=U+pV或h=p+pv在给氧气瓶充气时，可以感到气瓶的温度升高，就是因为带入的能量中有一部分是流动能，而进入瓶后不再流动，这部分流动能又转换成瓶内气体的热力学能，反映出温度升高。

实际的氧气生产过程要经历气体压缩、膨胀、加热、冷却等，均为流动过程，它的能量变化都体现在焓的变化。

因此，在作定量分析计算时，经常要用到焓这个物理量，计算焓的数值。

能量的单位是焦(J)或千焦(kJ)，焓也具有能量的单位。

对单位数量的焓h(比焓)，常用单位为J/mol或kJ/kmol。