關(guān)于焓和熵的概念熵和焓的概念(2008-11-22 15:23:21) 轉(zhuǎn)載標簽： 雜談解釋 1、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、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，溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志（即微觀含義，宏觀：表示物體的冷熱程度）。分子間存在相互作用力，即化學(xué)上所說的分子間作用力（范德華力）。分子間作用力是分子引力與分子斥力的合力，存在一距離r0使引力等于斥力，在這個位置上分子間作用力為零。分子引力與分子斥力都隨分子間距減小而增大，但是斥力的變化幅度相對較大，所以分子間距大于r0時表現(xiàn)為引力，小于r0時表現(xiàn)為斥力。因為分子間存在相互作用力，所以分子間具有由它們相對位置決定的勢能，叫做分子勢能。分子勢能與彈簧彈性勢能的變化相似。物體的體積發(fā)生變化時，分子間距也發(fā)生變化，所以分子勢能同物體的體積有關(guān)系。物體中所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的熱力學(xué)能，也叫做內(nèi)能，焓是流動式質(zhì)的熱力學(xué)能和流動功之和，也可認為是做功能力。2、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）熱力學(xué)能與動能、勢能一樣，是物體的一個狀態(tài)量。能可以轉(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?1824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),entropy一詡源于希臘語，本意是“弄清”或“查明”，但是這與克勞修斯所談話的內(nèi)容似乎沒有什么聯(lián)系。熱力學(xué)第二定律宣布宇宙的熵永遠在增加著。然而，隨著類星體以及宇宙中其他神秘能源的發(fā)現(xiàn)，天文學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)在懷疑：熱力學(xué)第二定律是否果真在任何地方任何條件下都成立熵與溫度、壓力、焓等一樣，也是反映物質(zhì)內(nèi)部狀態(tài)的一個物理量。它不能直接用儀表測量，只能推算出來，所以比較抽象。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發(fā)地進行，而反之則不行。例如，如圖4a所示，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)。再如圖4b所示的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。或者說，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/(molK)或kJ/(kmolK)。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。焓跟熵理解的核心觀點1、在一定的條件下，譬如一定的溫度壓力的條件下，反應(yīng)能夠靠體系自身的力量而不借助于外力，譬如光電等能量的影響，而能夠自動進行的反應(yīng)叫自發(fā)反應(yīng)；判斷一個反應(yīng)能夠自發(fā)進行，并不見得它一定發(fā)生。2、焓跟熵是反應(yīng)方向的兩個影響因素，焓比較多的從能量角度來考慮，熵就比較從無序跟有序的角度來考慮。3、熵因素和焓因素結(jié)合在一起就是自由能，自由能是物質(zhì)進行化學(xué)變化的方向的一種度量。4、從中學(xué)教學(xué)的角度來說，把可逆、不可逆看成一個方向問題比較好。可逆反應(yīng)就是在正向跟逆向同時都能進行的反應(yīng)；不可逆反應(yīng)就是只能單向進行的反應(yīng)。關(guān)于焓，關(guān)于熵 自從上次wentu問我什么是熵增以后，時不時地，腦子里蹦出這兩個字。在化學(xué)系物化課上學(xué)到的這兩個字，發(fā)覺真的是很奇妙，是哪位圣賢在什么樣的情況下發(fā)明的這樣兩個概念？?焓，狀態(tài)函數(shù)，具有能量的量綱，但沒有確切的物理意義，它的定義是由H=U + pV所規(guī)定下來的，我們無法確切知道某物質(zhì)的焓值，只能通過物理化學(xué)變化知道這個過程的焓變。焓變是化學(xué)反應(yīng)的必然產(chǎn)物。熵，同上，熵變的定義是由公式S=Q/T得到的，簡單說，熵的大小意味著一個系統(tǒng)的混亂無序度，熵增是化學(xué)反應(yīng)的動力。熵是系統(tǒng)中微觀粒子無規(guī)運動的混亂程度的量度,一般用S表示.熵增加原理:在絕熱條