热力与能量转换ss - 成大航太系.pdf

熱 力 與能 量 轉 換 能量可以被儲存在系統內，稱為內儲能量；也可以由一系 統轉移到另一系統，稱為轉移能量。轉移能量傳入系統， 會使得系統的內儲能量增加，傳出則會減少內儲能量。 系統 內儲能量隨 著轉移能量 傳熱 進出而增減 系統的內儲能量，包 括系統的位能、動 作功 環境 能、內能、磁能、電 能和表面能等。 熱和功屬於轉移能量，它 們可以經過系統邊界，由 環境（或另一系統）傳入 系統，或由系統傳出環境 環境 （或另一系統）。 系統的內能，主要包括系統內物質的分子間位能、分子動 能和分子內部能量三類。分子間位能取決於分子間引力或 斥力的大小，和分子間距離；而分子動能是以分子的移動 動能為主，分子移動動能的大小表現出巨觀的溫度。最後 一類的分子內部能量，涵蓋如分子的轉動能、振動能、電 子能、核能和化學能等。 一般所謂的理想氣體，分子和分子間的距離很遠，分子間 引力或斥力的作用非常小，因此分子間位能可以被省略。 若不考慮核反應和化學反應，且忽略微小的轉動能、振動 能和電子能，理想氣體的內能主要來自分子動能，因此其 內能與溫度直接相關。 系統內物質若為不流動的流體，我們習慣以內能來代表系 統內流體的內儲能量。至於流動的流體，必須額外考慮流 體流動所作的功（稱之為流功、或流動能） ，因此流體的 內儲能量將包含內能和流動能，我們稱之為焓。理想氣體 1 的流動能與溫度成正比，其焓值自然也是溫度的函數。 進一步考慮燃燒化學反應，物質的總焓值必須包括形成焓 和焓差兩項。前者代表化學能，愈穩定的物質，其化學能 階愈低；後者代表與溫度直接相關的物質內儲能量，焓差 意味著與標準狀態下焓值的相差值，焓差大通常溫度高， 因此習以顯熱來稱之。 經由燃燒化學反應，高化學能階的反應物轉變成低化學能 階的生成物，形成焓降低而焓差增加，此一能量的變化值 稱之為燃燒熱，它是放熱的化學反應熱。 燃燒熱可由系統釋出，成為轉移能量，對外傳熱或作功。 反應前後總能階不變 系 統 焓 邊 差 焓 界 傳熱 能 差 階 燃燒熱 形 成 形 作功 焓 燃燒化