焓計算機
依顯熱、潛熱與壓力體積流動功計算焓變。
計算熱含量變化
輸入初態與終態數值,以及質量和材料熱物性。
關於焓變
焓是熱力學狀態函數,定義為內能加上壓力與體積的乘積。對定壓過程尤其方便,因為當只有壓力體積功時,焓變等於傳入系統的熱量。本計算機合併三個明確的部分:溫度變化產生的顯熱、指定相變對應的潛熱,以及初態與終態之間壓力體積流動功的變化。
顯熱以質量乘以比熱容,再乘以最終溫度與初始溫度之差計算。正溫差產生正貢獻,冷卻則產生負貢獻。攝氏溫差與克耳文溫差的數值相同,因此可直接將輸入的攝氏溫度用於此項。模型假設提供的比熱容在整個溫度區間固定不變。若溫度範圍較大,對隨溫度變化的熱容進行積分會更準確。
潛熱等於質量乘以輸入的每克潛熱。沒有相變時請輸入零。依本計算機的正負號慣例,熔化、汽化或昇華時吸收的能量採正值。對凝固或凝結,由於欄位僅接受非負的材料物性數值,解讀過程時須另外考量釋放的潛熱。壓力體積項為最終壓力乘以最終體積,減去初始壓力乘以初始體積。公升·大氣壓以每公升·大氣壓 101.325 焦耳換算。
這是通用的教學用能量平衡模型,並非完整物性資料庫或狀態方程式求解器。實際焓變可能受溫度相關熱容、非理想氣體行為、混合、反應程度、參考態、壓力相關相變物性及其他形式的功影響。化學反應應使用表列標準生成焓或實測反應資料,除非此處輸入的簡化項足以完整描述過程。請確認質量與比熱容採用一致的克基準,並配對各狀態的壓力與體積。分項結果能清楚呈現假設,協助加熱、冷卻、理想化相變與基礎熱力學練習。
焓變範例
這些範例採用固定熱容與所示的壓力體積慣例。
| 過程輸入 | 焓變 | 主要貢獻 |
|---|---|---|
| 100 g 水,25 至 100 °C,cp = 4.18 J/g°C | 31.35 kJ | 壓力體積乘積不變時的顯熱加熱 |
| 100 g 冰,溫度 0 °C,潛熱 = 334 J/g | 33.40 kJ | 理想熔化貢獻 |
| 28 g 氣體,升溫 20 °C,cp = 1 J/g°C | 0.56 kJ 加上壓力體積項變化 | 理想化氣體加熱 |
| P1V1 = 1 L atm;P2V2 = 2 L atm | 流動功增加 0.101325 kJ | 僅壓力體積項 |
如何計算焓變
- 輸入以攝氏度表示的初始與最終溫度。
- 輸入各狀態的壓力(大氣壓)與體積(公升)。
- 提供質量、比熱容及每克潛熱;無相變時潛熱填零。
- 選擇「計算焓變」,使用總值前先檢視各項貢獻。
焓計算機常見問題
熱量與焓有什麼差別?
焓是狀態性質,熱量則是因溫差而傳遞的能量。在常見的定壓且僅有壓力體積功的條件下,傳遞熱量等於焓變。
焓變可以是負值嗎?
可以。依所採正負號慣例,冷卻與釋放能量的過程可產生負焓變。負值代表模型中的終態焓低於初態。
為什麼要另外輸入潛熱?
物質熔化或沸騰時,溫度可能維持不變,卻仍吸收大量能量。潛熱項納入顯熱公式無法涵蓋的相變能量。
適合計算化學反應焓嗎?
僅當輸入的簡化能量項能準確代表過程時才適合。多數反應計算應使用化學計量關係,以及以明確參考態為基準的表列生成焓或鍵焓。
為什麼要納入壓力與體積?
焓除了內能,還包含壓力與體積的乘積。在此簡化平衡中,終態與初態壓力體積乘積之差用來估算對應的流動功貢獻。