求助焓的物理意义！

Question

焓和内能一样只是T的函数，那这样定义的意义在哪儿？焓是一种能量吗？如果是的话，为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变？开放系统的热一定律却要考虑焓变也就是多了一个压力能呢？

Answer 1

楼上两位说的都不错，不过仍不很准确（有些地方还存在比较严重的概念错误，这里就不一一指明了）。下面针对你的问题逐条解析。

【焓和内能一样只是T的函数】
这是不正确的观点，只有理想气体这种特殊系统，内能与焓才仅是温度的函数，其它任意系统都不仅是温度的函数，还同时是体积或压强的函数。

【那这样定义的意义在哪儿？】
定义焓只是为了表达和计算的方便，不定义焓并不影响我们解决问题，只是会变得复杂一点（凡是出现焓的地方我们就用U+pV代替）。这个问题稍后解释。

【焓是一种能量吗？】
焓具有能量的量纲，可以理解为系统某种能量，但它不代表系统任何具体形式的能量，没有明确物理意义。不像内能那样代表系统内部的所有（客观存在的运动）能量（在不涉及电离、激发、化学反应、核反应的过程中也可理解为系统的热运动动能与势能之和，内能中的其它部分不变，可不考虑）。

【如果是的话，为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变？】
对于宏观静止系统，系统的全部能量就是内能，对于封闭系统物质的量不变，此时系统和外界能量交换只存在两种形式，功和热量。外界对系统做功与对系统传热的总和就等于系统能量的升高，即内能的升高（否则能量不守恒）。这就是热一律的常见表达式（对于宏观静止的封闭系统成立，对于宏观动能有变化的系统应使用第一定律的更普遍表达式ΔEk+ΔU=Q+W）。

焓与系统本身实际的能量没有关系，当然不会出现在第一定律的表达式中。

【开放系统的热一定律却要考虑焓变也就是多了一个压力能呢】
热一定律（即能量转化与守恒定律的文字表述）只有一个，但对于不同的具体系统，可以有不同数学表达式。（宏观运动动能变化可以忽略的）开放系统的第一定律表达式是ΔU=Q+W+Σ∫μdn，最后一项是由于物质交换引起的内能变化。

我不清楚你说的考虑焓变是什么意思，还有压力能不存在这个概念（当然你可以把pV定义为所谓的压力能，只是给pV起个名称而已，仍然没有实际物理意义）。如果你的说法来自于教材请给出具体的表达式和适用条件，以便具体分析。

下面进一步说明定义焓的意义。
一般教材中焓都是在推导定压热容的时候引出的，定义焓以后，（不存在非体积功时）定压热容Cp可以简单地表达为系统焓对温度的偏导数（aH/aT)p，方便数学分析。

对于无非体积功的等压过程，很容易证明ΔH=Q，由于H是状态函数，系统在给定状态下H一定（前人做了大量的工作，将不同物质在标准态下的焓值编制成热力学函数表），这样计算等压过程热效应就会变得非常方便（尤其对于化学反应），免去了每发现一个新反应，就要测定反应的热效应的麻烦（也就是说不必测定只要计算反应前后的焓变就可以准确得知等压条件下的反应热了）。

焓本身没有明确物理意义，但焓变有明确物理意义，就是等压过程系统的吸热量。

以下是针对你对楼上网友追问的解答
【热力学第一定律里面dQ=dW+dU 里面的dW=pdV是做功的表达式 但是焓的定义是H=U+PV 两边微分后得到的是dH=dU+pdV+vdP ，只有在等压过程中dP=0的情况下 dH=dU+pdV=dQ 或者等容情况下dH=dU+vdP≥dU 也就是说应该恒有dH≥dQ 显然两个变化不一样啊。】
dH=dU+vdP≥dU 是不成立的，V恒正，而dp可以是负的（等容过程中压强当然可以减少），因而dH和dU不能说哪个一定大（但H恒大于U）。所以恒有dH≥dQ 也就不成立了。

如有不明欢迎追问。

Answer 2

焓的物理意义可以理解为恒压且只做体积功的特殊条件下，Q=ΔH，即反应的热量变化。因为只有在此条件下，焓才表现出它的特性。例如恒压下对物质加热，则物质吸热后温度升高，ΔH>0，所以物质在高温时的焓大于它在低温时的焓。又如对于恒压下的放热化学反应，ΔH<0，所以生成物的焓小于反应物的焓。
这样定义的意义是为了计算热量有一个基准。
焓不是一种能量，是一个基准数。

追问

那在开放系统的热一定律为什么考虑焓变而不是内能变化呢？

追答

物理学有一个原理叫规范理论，以对称概念为基础的关于基本力的统一理论的一种处理方法。今天粒子世界的所有成功模型都是依据规范理论。
规范理论的名称，根源于这些模型中的测量起始点可以“重新规范”。例如，如果把一个球放在楼梯的一个梯级上，然后让它落到下一个梯级，球储存的引力能便减少一个确定数量。能量改变仅与两梯级的高度差有关。你可以从楼梯底部开始测量每个梯级的高度，也可以把要测量的高度重新规范成从地球中心或任何其它地方算起的距离，这对计算结果没有任何影响。这叫做规范对称性。
‘焓’与内能都是表示热量。焓的意思是热量的一个基准，内能的大小可以变化。

追问

可是这样说来，焓和内能标准不同，它们的变化也应该是相等的啊？

追答

在详细我也说不清了。

Answer 3

焓是气体的一个状态参数，因为一般情况下，气体系统与外界系统的能量交换不仅仅体现在内能的改变，还体现在气体体积膨胀与收缩导致的能量改变，焓就是这两种能量总体的度量，我们在求气体的总的能量改变时，就是采用气体的焓变来体现的，因此焓变就包括了气体所有能量的改变，而不仅仅是内能。

追问

为什么热力学第一定律中考虑的是内能变化而不是焓变？

追答

其实没有矛盾啊。
焓的定义式为H=U+PV
我之前也说了，气体通常的能量变化都是用焓变来计算
也就是气体系统能量的变化也就是热能的变化 △Q=H1-H2=(U1-U2)+(P1V1-P2V2)
U1-U2=△U，这就是内能的改变
P1V1-P2V2=△W，这就是气体对外界系统因为体积或压强的变化做的功
也就有△Q=△U+△W，这不就是热力学第一定律的形式么？
其实热力学第一定律就是能量守恒的表现，而使用焓变就是因为焓变是总的能量变化，计算方便罢了。

追问

热力学第一定律里面dQ=dW+dU 里面的dW=pdV是做功的表达式 但是焓的定义是H=U+PV 两边微分后得到的是dH=dU+pdV+vdP ，只有在等压过程中dP=0的情况下 dH=dU+pdV=dQ 或者等容情况下dH=dU+vdP≥dU 也就是说应该恒有dH≥dQ 显然两个变化不一样啊。

追答

你这里的问题在于对于焓这个物理量，你用d来求微小变量是不对的，因为热量和功这两个量是过程量，他们没有微分，也就是说你不能表达成dQ和dW的形式，而内能是状态量，可以表示成dU。
这是因为，过程量，他与过程有关，他对应的是微小的时间段△t，这个时间段并不能是趋近于无穷小的，因为无穷小的时间段对应的是时间点，只有状态量可以对应时间点也就是dt。
因此，只能表示为△Q=dU+△W
而△W = P1V1-P2V2

Answer 4

焓的物理意义：焓代表系统因引入工质而获得的能量中取决于工质热力状态的那部分能量，焓是状态量。

Answer 5

热力学中表征物质系统能量的一个重要状态参量，常用符号H表示。焓的物理意义是体系中热力学能再附加上PV这部分能量的一种能量。
焓是与内能有关的物理量，反应在一定条件下是吸热还是放热由生成物和反应物的焓值差即焓变（△H）决定。在化学反应过程中所释放或吸收的能量都可用热量（或换成相应的热量）来表示，叫反应热，又称“焓变”。焓是一个状态量，焓变是一个过程量，如同瞬时速度是状态量，平均速度是过程量。
焓与热力学能一样，其绝对值无法确定。在统计热力学中虽然可由分子配分函数计算出焓值，但这样求的的也是焓的相对值，因为物质内部的运动形式不可穷尽，不可能计算出所有运动形式的配分函数。

应用
体系若吸热，焓值升高；放热，焓值降低
对于均匀体系的简单状态变化，由于吸热时体系的温度升高，因此高温物质的焓要高于低温物质的焓。
对于相变化，如固体变为液体，固体变为气体即液体变为气体都要吸收热量，所以同种物质的不同聚集状态在同一温度下的焓值不想等，H(g)>H(l)>H(s)。
对于等温下的化学反应，若反应吸热，产物的焓高于反应物的焓；若反应放热，产物的焓应低于反应物的焓。