问个工程热力学的问题～

Question

由理想气体组成的封闭系统，在环境温度To下经历可逆定温过程，依据热力学第一定律看，由环境吸取的热量全部变成功。但从火用的观点看，由环境吸入的热量是不能转变为功的，这两者是否矛盾，问题出在哪？

Answer 1

二者不矛盾。
火用的定义为（对物质系统而言）：系统与外界有不平衡存在，即具备作功能力，做出的有效功，叫可用能，即火用。
可见，只要是系统与外界有不平衡存在，就存在火用，就能做功。
在可逆等温过程中，功的计算式为：w=wt=Rg×To×ln(v2/v1)=-Rg×To×ln(p2/p1)，是依靠压力减小，体积膨胀而对外界做功的，且是做的总功。考虑到克服气压做功，则有效功为：wu=Rg×To×ln(v2/v1)-po(v2-v1)=To(s2-s1)-po(v2-v1)
而在同等条件下，火用为：ex1-2=u1-u2-To(s1-s2)+po(v1-v2)
在等温条件下，有：u1=u2，故
ex1-2=-To(s1-s2)+po(v1-v2)=wu

所以，二者并不矛盾。

楼主主要是没有弄清楚“差异”、“不平衡”，仅从单一的“热”去考察问题，因而是片面的。这里的等温过程的差异，或不平衡，是因“压力差异”而产生的。纯“热”的差异，主要体现在“无压差”的热源上。即如果系统既无温差，又无压差，即与环境完全平衡的系统，其热是不能再被利用的。这就是环境的热不能被利用的原因，也即环境不能和环境相比。