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(熱學上表示物質系統能量狀態的一個參數)

鎖定
焓在熱力學中是表徵物質系統能量的一個重要狀態參量,等於內能壓強和體積的乘積之和,常用符號H表示。在化學反應中,焓的變化(△H)等於系統所吸收或釋放的熱量。
中文名
外文名
enthalpy [1] 
別    名
熱焓
熱容量
熱函數等
表達式
H=U+pV
適用領域
熱力學
應用學科
工程熱力學
化學
單    位
J(焦耳)
符    號
H

定義

體系的狀態函數,用符號H表示。焓的定義式是:
U是體系的內能p是體系壓強V是體積。在一定狀態下,體系的焓應有一定值,但現在無法測定焓的絕對值,對熱力學來説重要的是焓的變化值,這是可以通過實驗測量的

推導過程

微分形式 微分形式
熱力狀態參數定義的物理量—焓的本身也是熱力狀態參數,是顯而易見的。因此,對於簡單系統,它是任意兩個獨立的狀態參數的函數,即:
。在熱力過程中,焓的改變只取決於系統的初態和終態,而與過程的中間狀態無關。這意味着系統經歷一個閉合的過程—循環後, 比焓的變化等於零, 所以, 比焓的微增量是全微分,它的微分形式見右圖《微分形式》 [2] 
式中
,稱為比定壓熱容。利用
可以計算等壓過程中不同狀態之間系統的焓差:
。這一計算式表明,系統焓的增量在數值上等於等壓過程中外界輸送給系統的熱量。 [2] 
如果温度變化的範圍不大,可以忽略
與温度的關係時,焓差的計算式得以簡化:
。在許多場合下,例如液體和固體,可以不考慮焓與壓力的關係,這時非等壓過程的狀態之間的焓差也可以利用
進行計算。理想氣體的比焓與温度有關,與壓力無關,同樣可以利用簡化的焓差計算式,只是比熱容應取T1T2温度範圍內的平均值。 [2] 
焓定義式中的量pV,可以稱為壓力勢能。在流動過程中,焓代表工作介質所攜帶的內能和壓力勢能的總和。 [2] 

性質

焓是體系的狀態函數,與變化的途徑無關。只要體系的狀態確定,焓就有唯一確定的值。焓的引入是通過無非體積功的等壓變化引出的。但絕不意味着只有在無非體積功的等壓過程才有焓存在,其他情況下就不存在焓。 [2] 

意義

焓的變化對化學反應很重要,因為吸收(或者放出的)的熱等於內能的變化(ΔU)加上變化時所做的外功(ΔpV)。在很多生物體系中,沒有做功,因此焓的變化和內能的變化相等。

應用

在分析熱機敞開系統(見熱力學系統)的能量交換時,焓是常用的參數。“焓”概念的引入,大大簡化了很多熱力過程的計算。在化學反應中,焓變表示反應過程中吸收或釋放的熱量。通過計算反應的焓變,可以預測反應的能量變化和反應方向,為化學反應的設計和控制提供依據。在工程設計中,比焓常與其他熱力狀態參數,如壓力、比熵(見)等組成各種圖或表,利用圖表的計算設計方法具有廣泛的用途。 [2]  例如,在空調系統中,焓被用來描述空氣的狀態。空氣的焓值取決於其温度、壓力和濕度等因素。通過測量空氣的焓值,可以確定空氣處理過程中需要的冷量或熱量,從而實現對空氣温度的精確控制。
參考資料