理论教育 能量的性质及转换分类

能量的性质及转换分类

时间:2023-06-10 理论教育 版权反馈
【摘要】:能量的性质主要有状态性、可加性、传递性、转换性、做功性和贬值性。在给定的环境条件下, 可以连续地完全转换为其他形式的能量,所以 又称为可用能或有效能。通常按其转换程度可以把能分为以下几种:1)高质能:可以完全转换为功,高质能全部都是“ ”,即E=EX,An=0。能的做功性,通常也以能级ε来表示,即式中,EX为 。能的贬值性,其贬值程度可用参与能量交换的所有物体的熵增来反映。

能量的性质及转换分类

能量的性质主要有状态性、可加性、传递性、转换性、做功性和贬值性。

1.状态性

能量取决于物质所处的状态,物质的状态不同,所具有的能量也不同(包括数量和质量)。对于热力系统而言,其基本状态参数可以分为两类:一类与物质的量无关,不具有可加性,称为强度量,如温度、压力、速度、电势化学势等;另一类与物质的量相关,具有可加性,称为广延量,如体积、动量、电荷量等。对能量利用中常用的工质,其状态参数为温度T、压力p和体积V,因此它的能量E的状态可表示为EfpT)或EfpV)等。

2.可加性

物质的量不同,所具有的能量也不同,即可相加;不同物质所具有的能量亦可相加,即一个体系所获得的总能量为输入该体系多种能量之和,故能量的可加性表示为

3.传递性

能量的传递是有条件的,如传热要有温差,导电要有电位差,流动要有压差或势差。能量传递的基本方式有两种,即传热和做功。传热是由温差引起的能量交换,这是能量传递的微观形式,分为热传导热对流热辐射;做功是由非温差引起的能量交换,这是能量传递的宏观形式。对传热来说,能量的传递性可表示为

式中,K为总导热系数;A为传热面积;ΔT为温度差。

4.转换性

各种形式的能量可以互相转换,其转换方式、转换数量、难易程度均不尽相同,即转换效率不同。从转换的角度,可以把能量分为“ 978-7-111-55565-0-Chapter03-7.jpg (Exergy)”和“ 978-7-111-55565-0-Chapter03-8.jpg (Anergy)”两部分。在给定的环境条件下, 978-7-111-55565-0-Chapter03-9.jpg 可以连续地完全转换为其他形式的能量,所以 978-7-111-55565-0-Chapter03-10.jpg 又称为可用能或有效能。 978-7-111-55565-0-Chapter03-11.jpg 则是一种不可以转换的能量,称为无用能或无效能。由此,对于一切形式的能量,都可以表示为

或用符号表示为(www.daowen.com)

5.做功性

利用能量来做功,是利用能量的基本手段和主要目的。这里所说的功是广义功,通常针对机械功而言。各种能量转换为机械功的本领不一样,转换程度也不相同。通常按其转换程度可以把能分为以下几种:

1)高质能:可以完全转换为功,高质能全部都是“ 978-7-111-55565-0-Chapter03-14.jpg ”,即EEXAn=0。因此,它的数量和质量是统一的,如电能、机械能、水能、风能等。

2)低质能:只能部分地转换为功,其EXEAn>0,如热能等。

3)废能:受环境限制不能转换为功,如处于环境条件下的介质的内能、焓等。尽管废能有相当的数量,但从技术上讲,无法使之转换为功。所以对废能而言,EX=0,EAn。能的做功性,通常也以能级ε来表示,即

式中,EX978-7-111-55565-0-Chapter03-16.jpg

6.贬值性

根据热力学第二定律,能量不仅有“量的多少”之分,还有“质的高低”之分。能量在传递与转换等过程中,由于多种不可逆因素的存在,总伴随着能量的损失,表现为能量质量和品位的降低,即做功能力的下降,直到达到与环境状态平衡而失去做功本领。例如有温差的传热,是典型的不可逆过程,能量会贬值。能的贬值性,其贬值程度可用参与能量交换的所有物体的熵增来反映。即能的贬值E0可表示为

式中,T0为环境温度;ΔS为系统的熵增。

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