能量守恒原理在热机中的应用及其意义

人有己见，但是时间是公正的。

美国国会图书馆天花板上的句子

计算做功量的方程式（9-2′）最先是由美国物理学家JosiahWillardGibbs在1873年（Gibbs，1928）提出的。它不仅适用于气球，还适用于所有的热机。如果还有动能和势能在起作用，它们可以被简单地加进里面。这里最重要的是方程最后一项，它反映了热质的增量。

术语A最开始叫做“有效能”或“可用能”。后来根据Z.Rant的建议，从1956年，它被称做了。

事实上，和能量并不一样，它衡量了做功的能力。这个能力决定于所参考的状态。正如我们所了解到的一样，能量流总是伴随着使能量降级的摩擦。这一自然规律的普遍性和重要性并不比能量守恒定律低。的一般定义是：

是在给定的参考状态下没有普遍存在的摩擦时所能达到的最大功。在闭口系统中，能量是守恒的，但是由于普遍存在的摩擦，是在减少的。

值可以归属于一种物质，如一种燃料或者一种金属或者一种化学混合物。已经有了很棒的图表提供这些数据，这些图表主要由波兰的JSzargut教授（1965）完成。与能量向量类似，流可以用一个向量表示。对于一个给定的热流Q∗，流是Q∗乘以一个卡诺因子（T-T₀）/T。当温度接近环境温度（参考值）时，消失，即便此时热流依然很大。

现在看一下图9-4。它形象地表示了热机中的过程。从左侧进入热机的是能量单位（热量）。热量和功的单位相等，但是只有一小部分热量可以被提升至功的水平。大部分会降至环境水平。如果没有这些降低，那一小部分的提升是不可能实现的。进入的能量单位的品质（温度）越高，转化成为功的部分就越多。如果热机是理想的（卡诺循环的热机），是转化的这一部分的量度。

如果过程温度T小于环境温度T₀，流的方向相反。在家用电冰箱的冷冻室壁面的传热就是这种情况。(www.xing528.com)

图9-4 在热机中热量到功的转化（最大的功是热量的）

消耗功的冷却过程如图9-5所示。功的消耗使我们可以从冷冻室提取热量并且将其升高温度至环境水平，从而补偿了能量单位，穿透了冷冻室的热绝缘。被冷却的物质的是所需功的衡量。

一般来说，在制冷问题中，使用比使用能量更有优势。把看做是能量的一部分是不对的。装有液氦的容器内的能量是非常小的，然而它的确实非常多。如果内部的温度足够低，它甚至可以通过一台涡轮机产生功。

吉布斯的这个现在叫做的特征函数的发现，征服了热力学、能源工程和化学工程及其所有的分支。发表的相关文章的数量达到了数以几千计。现在成了工程语言中一个不可缺少的术语。时间真的很公正。这就是我们认为它值得你注意的原因。

图9-5 从一台电冰箱的冷冻室内抽取热量消耗的功 （最小的功耗衡量了冷源的）