理解压焓图：焓、熵以及四种热力学图
理解压焓图：焓、熵以及四种热力学图
热力学是物理学的一个重要分支，主要从宏观角度研究物质的热运动性质及其规律。其中，焓和熵是两个核心概念，它们不仅描述了物质系统的能量状态，还是分析热力学过程的重要工具。本文将详细介绍焓和熵的概念，并解析四种常见的热力学图表，帮助读者更好地理解热力学的基本原理。
焓的概念和计算单位
焓（Enthalpy）是表征物质系统能量的一个重要状态参量，等于内能与压强和体积的乘积之和，通常表示为H。
定义公式如下：
H=U+P*V
其中，H-焓，U-内能，P-压力，V-体积。
焓的单位通常使用焦耳（J）。
计算焓的变化通常采用以下公式：
ΔH=H2−H1
其中，ΔH-焓的变化，H1和H2分别代表两个状态点的焓值。
熵的概念和计算单位
熵（Entropy）起初是一个热力学函数，后发展为系统混乱程度的量度，是一个描述系统热力学状态的函数通常表示为S。
熵是个变化量，定义如下：
ΔS=dQ/T
其中，ΔS-熵的变化，Q-吸收或释放的热量，T-温度。
热力学图表的解析
1. 压力-温度图（P-T 图）
压力-温度图是热力学分析中的一种基础可视化工具，它详细展示了物质在各种压力与温度组合状态下发生的相态转变规律。在这类图表中，关键的组成部分包括描述物质由一种相态转变为另一种相态（如气态与液态、固态与液态之间的转变）的相变边界线。通过观察这些相变曲线，我们可以直观地了解到物质在何种压力和温度条件下会发生液气转化或固液转化等物理变化，这对于理解和掌握物质的热力学行为至关重要。
2. 温度-熵图（T-S 图）
温度-熵图作为热力学不可或缺的图形表达手段，主要用于揭示系统在一系列温度与熵值组合下的内在运作规律。在这个图形中，等熵曲线描绘了系统在熵保持恒定条件下的演变路径，也就是说，沿等熵线的过程意味着系统经历的是熵未发生变化的过程。与此同时，等温线则体现了温度维持不变时系统状态的变化轨迹。通过观察和分析温度-熵图上的等熵线和等温线，我们可以深入探讨系统的可逆过程与不可逆过程的区别，进而量化评估系统的热力学效率，这对理解热力学循环、能量转换过程及其损失等问题起到了关键性的作用。
3. 温度-焓图（T-h 图）
温度-焓图是用于描述工程系统中的热力学过程的图表。它显示了系统在不同温度和焓条件下的状态。这个图表对于研究蒸汽循环、制冷循环等工程应用非常有用。通过温度-焓图，工程师可以优化系统的性能并进行热力学分析。
压焓图解析
压力-焓图显示了系统在不同压力和焓条件下的状态。对于研究压缩机、涡轮机和其他工程设备的性能至关重要。
压焓图概述
- 图中有三个区域，状态为液体、混合物、蒸气
- 这些区域用蓝色的半圆形曲线隔开，这条曲线叫做饱和曲线。在半圆形区域内，制冷剂以蒸气和液体的混合物形式存在。
- 在两相区混合物中的蒸气含量从 0%（饱和半圆的左侧） 变为 100%（半圆的右侧）。
- 在饱和曲线的左外侧，制冷剂仅以液体形式存在。在饱和曲线的右外侧，制冷剂仅以蒸气形式存在。
压焓图描述各种物理过程
制冷剂——R134a 的压焓图
等温线
等容线
等熵线
等湿线
完整的压焓图