更新时间:2023-11-01 18:47

焓在热力学中是表征物质系统能量的一个重要状态参量,等于内能压强和体积的乘积之和,常用符号H表示。在化学反应中,焓的变化(△H)等于系统所吸收或释放的热量。

定义

体系的状态函数,用符号H表示。焓的定义式是:。U是体系的内能,p是体系压强,V是体积。在一定状态下,体系的焓应有一定值,但现在无法测定焓的绝对值,对热力学来说重要的是焓的变化值,这是可以通过实验测量的

推导过程

热力状态参数定义的物理量—焓的本身也是热力状态参数,是显而易见的。因此,对于简单系统,它是任意两个独立的状态参数的函数,即: 。在热力过程中,焓的改变只取决于系统的初态和终态,而与过程的中间状态无关。这意味着系统经历一个闭合的过程—循环后, 比焓的变化等于零, 所以, 比焓的微增量是全微分,它的微分形式见右图《微分形式》

式中,称为比定压热容。利用可以计算等压过程中不同状态之间系统的焓差: 。这一计算式表明,系统焓的增量在数值上等于等压过程中外界输送给系统的热量。

如果温度变化的范围不大,可以忽略 与温度的关系时,焓差的计算式得以简化: 。在许多场合下,例如液体和固体,可以不考虑焓与压力的关系,这时非等压过程的状态之间的焓差也可以利用 进行计算。理想气体的比焓与温度有关,与压力无关,同样可以利用简化的焓差计算式,只是比热容应取T1至T2温度范围内的平均值。

焓定义式中的量pV,可以称为压力势能。在流动过程中,焓代表工作介质所携带的内能和压力势能的总和。

性质

焓是体系的状态函数,与变化的途径无关。只要体系的状态确定,焓就有唯一确定的值。焓的引入是通过无非体积功的等压变化引出的。但绝不意味着只有在无非体积功的等压过程才有焓存在,其他情况下就不存在焓。

意义

焓的变化对化学反应很重要,因为吸收(或者放出的)的热等于内能的变化(ΔU)加上变化时所做的外功(ΔpV)。在很多生物体系中,没有做功,因此焓的变化和内能的变化相等。

应用

在分析热机敞开系统(见热力学系统)的能量交换时,焓是常用的参数。“焓”概念的引入,大大简化了很多热力过程的计算。在化学反应中,焓变表示反应过程中吸收或释放的热量。通过计算反应的焓变,可以预测反应的能量变化和反应方向,为化学反应的设计和控制提供依据。在工程设计中,比焓常与其他热力状态参数,如压力、比熵(见)等组成各种图或表,利用图表的计算设计方法具有广泛的用途。例如,在空调系统中,焓被用来描述空气的状态。空气的焓值取决于其温度、压力和湿度等因素。通过测量空气的焓值,可以确定空气处理过程中需要的冷量或热量,从而实现对空气温度的精确控制。

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