题目
焓和内能一样只是T的函数,那这样定义的意义在哪儿?焓是一种能量吗?如果是的话,为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变?开放系统的热一定律却要考虑焓变也就是多了一个压力能呢?
提问时间:2020-07-25
答案
楼上两位说的都不错,不过仍不很准确(有些地方还存在比较严重的概念错误,这里就不一一指明了).下面针对你的问题逐条解析.
【焓和内能一样只是T的函数】
这是不正确的观点,只有理想气体这种特殊系统,内能与焓才仅是温度的函数,其它任意系统都不仅是温度的函数,还同时是体积或压强的函数.
【那这样定义的意义在哪儿?】
定义焓只是为了表达和计算的方便,不定义焓并不影响我们解决问题,只是会变得复杂一点(凡是出现焓的地方我们就用U+pV代替).这个问题稍后解释.
【焓是一种能量吗?】
焓具有能量的量纲,可以理解为系统某种能量,但它不代表系统任何具体形式的能量,没有明确物理意义.不像内能那样代表系统内部的所有(客观存在的运动)能量(在不涉及电离、激发、化学反应、核反应的过程中也可理解为系统的热运动动能与势能之和,内能中的其它部分不变,可不考虑).
【如果是的话,为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变?】
对于宏观静止系统,系统的全部能量就是内能,对于封闭系统物质的量不变,此时系统和外界能量交换只存在两种形式,功和热量.外界对系统做功与对系统传热的总和就等于系统能量的升高,即内能的升高(否则能量不守恒).这就是热一律的常见表达式(对于宏观静止的封闭系统成立,对于宏观动能有变化的系统应使用第一定律的更普遍表达式ΔEk+ΔU=Q+W).
焓与系统本身实际的能量没有关系,当然不会出现在第一定律的表达式中.
【开放系统的热一定律却要考虑焓变也就是多了一个压力能呢】
热一定律(即能量转化与守恒定律的文字表述)只有一个,但对于不同的具体系统,可以有不同数学表达式.(宏观运动动能变化可以忽略的)开放系统的第一定律表达式是ΔU=Q+W+Σ∫μdn,最后一项是由于物质交换引起的内能变化.
我不清楚你说的考虑焓变是什么意思,还有压力能不存在这个概念(当然你可以把pV定义为所谓的压力能,只是给pV起个名称而已,仍然没有实际物理意义).如果你的说法来自于教材请给出具体的表达式和适用条件,以便具体分析.
下面进一步说明定义焓的意义.
一般教材中焓都是在推导定压热容的时候引出的,定义焓以后,(不存在非体积功时)定压热容Cp可以简单地表达为系统焓对温度的偏导数(aH/aT)p,方便数学分析.
对于无非体积功的等压过程,很容易证明ΔH=Q,由于H是状态函数,系统在给定状态下H一定(前人做了大量的工作,将不同物质在标准态下的焓值编制成热力学函数表),这样计算等压过程热效应就会变得非常方便(尤其对于化学反应),免去了每发现一个新反应,就要测定反应的热效应的麻烦(也就是说不必测定只要计算反应前后的焓变就可以准确得知等压条件下的反应热了).
焓本身没有明确物理意义,但焓变有明确物理意义,就是等压过程系统的吸热量.
以下是针对你对楼上网友追问的解答
【热力学第一定律里面dQ=dW+dU 里面的dW=pdV是做功的表达式 但是焓的定义是H=U+PV 两边微分后得到的是dH=dU+pdV+vdP ,只有在等压过程中dP=0的情况下 dH=dU+pdV=dQ 或者等容情况下dH=dU+vdP≥dU 也就是说应该恒有dH≥dQ 显然两个变化不一样啊.】
dH=dU+vdP≥dU 是不成立的,V恒正,而dp可以是负的(等容过程中压强当然可以减少),因而dH和dU不能说哪个一定大(但H恒大于U).所以恒有dH≥dQ 也就不成立了.
如有不明欢迎追问.
【焓和内能一样只是T的函数】
这是不正确的观点,只有理想气体这种特殊系统,内能与焓才仅是温度的函数,其它任意系统都不仅是温度的函数,还同时是体积或压强的函数.
【那这样定义的意义在哪儿?】
定义焓只是为了表达和计算的方便,不定义焓并不影响我们解决问题,只是会变得复杂一点(凡是出现焓的地方我们就用U+pV代替).这个问题稍后解释.
【焓是一种能量吗?】
焓具有能量的量纲,可以理解为系统某种能量,但它不代表系统任何具体形式的能量,没有明确物理意义.不像内能那样代表系统内部的所有(客观存在的运动)能量(在不涉及电离、激发、化学反应、核反应的过程中也可理解为系统的热运动动能与势能之和,内能中的其它部分不变,可不考虑).
【如果是的话,为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变?】
对于宏观静止系统,系统的全部能量就是内能,对于封闭系统物质的量不变,此时系统和外界能量交换只存在两种形式,功和热量.外界对系统做功与对系统传热的总和就等于系统能量的升高,即内能的升高(否则能量不守恒).这就是热一律的常见表达式(对于宏观静止的封闭系统成立,对于宏观动能有变化的系统应使用第一定律的更普遍表达式ΔEk+ΔU=Q+W).
焓与系统本身实际的能量没有关系,当然不会出现在第一定律的表达式中.
【开放系统的热一定律却要考虑焓变也就是多了一个压力能呢】
热一定律(即能量转化与守恒定律的文字表述)只有一个,但对于不同的具体系统,可以有不同数学表达式.(宏观运动动能变化可以忽略的)开放系统的第一定律表达式是ΔU=Q+W+Σ∫μdn,最后一项是由于物质交换引起的内能变化.
我不清楚你说的考虑焓变是什么意思,还有压力能不存在这个概念(当然你可以把pV定义为所谓的压力能,只是给pV起个名称而已,仍然没有实际物理意义).如果你的说法来自于教材请给出具体的表达式和适用条件,以便具体分析.
下面进一步说明定义焓的意义.
一般教材中焓都是在推导定压热容的时候引出的,定义焓以后,(不存在非体积功时)定压热容Cp可以简单地表达为系统焓对温度的偏导数(aH/aT)p,方便数学分析.
对于无非体积功的等压过程,很容易证明ΔH=Q,由于H是状态函数,系统在给定状态下H一定(前人做了大量的工作,将不同物质在标准态下的焓值编制成热力学函数表),这样计算等压过程热效应就会变得非常方便(尤其对于化学反应),免去了每发现一个新反应,就要测定反应的热效应的麻烦(也就是说不必测定只要计算反应前后的焓变就可以准确得知等压条件下的反应热了).
焓本身没有明确物理意义,但焓变有明确物理意义,就是等压过程系统的吸热量.
以下是针对你对楼上网友追问的解答
【热力学第一定律里面dQ=dW+dU 里面的dW=pdV是做功的表达式 但是焓的定义是H=U+PV 两边微分后得到的是dH=dU+pdV+vdP ,只有在等压过程中dP=0的情况下 dH=dU+pdV=dQ 或者等容情况下dH=dU+vdP≥dU 也就是说应该恒有dH≥dQ 显然两个变化不一样啊.】
dH=dU+vdP≥dU 是不成立的,V恒正,而dp可以是负的(等容过程中压强当然可以减少),因而dH和dU不能说哪个一定大(但H恒大于U).所以恒有dH≥dQ 也就不成立了.
如有不明欢迎追问.
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