燃烧和爆炸理论中的热力学第一定律与多组分体系的内能和焓

热力学的第一定律描述了不同形式的能量之间的平衡，微分形式的热力学第一定律表达式为

式中，du 是控制体内能的变化，pdv 是控制体体积变化对外界做的功，dh 是控制体焓的变化，δq 是来自周围环境的热传递，δwR是摩擦做功，其中v=1/ρ 是比体积。焓h 与内能u 的关系为

对于理想气体，将理想气体状态方程式（1.17）代入式（2.2）中得到

在多组分系统中，系统的比内能（u，单位质量的内能）和比焓（h，单位质量的焓）是所有物质的比内能和比焓质量加权的和，即

对于理想气体，各组分的焓与内能的关系为

显然，对于理想气体，内能和焓都只是温度的函数。组分的内能ui和焓hi与温度的依赖关系可以通过下式给出(www.xing528.com)

式中，cvi和cpi分别是组分i的定容和等压比热容，ui，ref和hi，ref是参考温度Tref下的内能和焓。最常采用的参考温度是Tref=0 K或Tref=298.15 K。组分i的摩尔内能和摩尔焓分别为

与温度的依赖关系为

式中，组分i的定容和等压摩尔比热容为

在多组分体系中，混合物的定容和等压比热容是

这里需要注意的是，到目前为止讨论的焓只涉及加热或冷却物质，这种类型的焓被称为显热焓或显热。2.3 节中会介绍另外两种焓，包括对燃烧极为重要的生成焓。热力学第一定律不足以描述能量转换。式（2.1）说明了自发冷却一定质量的物质是可能的，例如，降低它的内能u 并把这种能量传递给周围。换句话说，根据热力学第一定律，热量可以自发从低温物体传至高温物体。我们知道这是不可能的，2.2 中介绍的热力学第二定律将解决这个问题。