沙巴体育官方网站蓄电池结构与充放电基本原理

原创 2020-07-30 19:42  阅读

  蓄电池结构与充放电基本原理_电子/电路_工程科技_专业资料。蓄电池结构与充放电基本原理

  蓄电池定义及原理 ( storage battery ) 定义:放电到一定程度后,经过充电又能复原续用的电池。 蓄电池是电池中的一种,它的作用是能把有限的电能储存起来,在合适的地方使用。它的工作原理就是把化学能转化为电能。 它用填满海绵状铅的铅板作负极,填满二氧化铅的铅板作正极,并用 1.28%的稀硫酸作电解质。在充电时,电能转化为化学能,放 电时化学能又转化为电能。电池在放电时,金属铅是负极,发生氧化反应,被氧化为硫酸铅;二氧化铅是正极,发生还原反应,被还原 为硫酸铅。电池在用直流电充电时,两极分别生成铅和二氧化铅。移去电源后,它又恢复到放电前的状态,组成化学电池。铅蓄电池是 能反复充电、放电的电池,叫做二次电池。它的电压是 2V,通常把三个铅蓄电池串联起来使用,电压是 6V。汽车上用的是 6 个[2]铅蓄 电池串联成 12V 的电池组。 蓄 电 池 在 充 电 过 程 中 , 或 在 充 电 终 了 时 ,电 极 上 会 伴 随 着 水 的 分 解 反 应 。其 原 因 是 因 为 铅 酸 电 池正极充电接受能力较差, 一旦正极充电状态达到 70%时,氧气开始在正极上析出。负极充电状态超过 90%时,氢气在负极上析出。 一般地讲,正电极充电到额定电量的 120%时。才能达到完全充电状态,所以,铅酸电池每次充电均会产生水的分解反应消耗水,因此定 期补水维护不可避免。 铅蓄电池在使用一段时间后要补充蒸馏水,使电解质保持含有 22~28%的稀硫酸。 放电时,电极反应为:PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e- = PbSO4 + 2H2O 负极反应: Pb + SO42- - 2e- = PbSO4 总反应: PbO2 + Pb + 2H2SO4 === 2PbSO4 + 2H2O (向右反应是放电,向左反应是充电) 升失氧(化合价升高,失去电子,被氧化,氧化反应,还原剂) 降得还(化合价降低,得到电子,被还原,还原反应,氧化剂) 蓄电池分类 铅酸蓄电池产品主要有下列几种,其用途分布如下: 起动型蓄电池:主要用于汽车、摩托车、拖拉机、柴油机等起动和照明; 固定型蓄电池:主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源; 牵引型蓄电池:主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源; 铁路用蓄电池:主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力; 储能用蓄电池:主要用于风力、沙巴体育官方网站太阳能等发电用电能储存; 蓄电池结构: 构成铅蓄电池之主要成份如下: 阳极板(过氧化铅.PbO2)--- 活性物质 阴极板(海绵状铅.Pb) --- 活性物质 电解液(稀硫酸) --- 硫酸(H2SO4) +水(H2O) 电池外壳 隔离板 其它(液口栓.盖子等) 蓄电池专用语: 额定电压,容量,放电率,工作电流 W 是功, P 是功率, W= Pt=UIt 20HR 12V 24Ah 与 30HR 12V 24Ah 两种参数的电池有什么区别 AH:代表容量,24Ah 是标准的容量,只是电流与时间的乘积,20/30HR :代表放电率,测试容量时的放电电流的大小,数值越小越 好。或者说:放电时间(HR)含义是:该电池从额定电压以某电流开始放电,当放电 20HR 时,电池电压刚好降为电池的终止电压,由此 测得总的安培小时数。所以 20/30HR 是表示放电速率,即表示电瓶里的电量建议以什么速度放完,比如 20HR 就是说,适合用 20 小时 放完 24Ah 的电量,30HR 应该适合用 30 小时放完。所以相当于 20HR 的建议放电速率大于 30HR 的,因为同样的容量,放电时间越短, 电流就越大。 如果你的工作电流小于 24Ah/30HR=0.8A,那么就用 30HR 的,没必要用 20HR 的,但如果你要求电流超过 0.8A 而又不超过 1.2A 的线HR 的了。当然如果是短时间的大电流使用,偶尔超过一会并不会有问题,这只是连续放电时最有效的推荐放电率。 总之, 20HR 和 30HR 的实际容量都是 24Ah 的, 所以容量就是相同的, 如果说得出了小时率和容量有关的结论, 那肯定是选错了小时率, 因为在不按照推荐的放电率使用时,超过小时率会降低电瓶中电能的利用率,容量会变小。 例如 不同放电率实际容量 20 小时率:12.0Ah 10 小时率:11.4Ah 5 小时率:9.6Ah 1 小时率:7.8Ah 附属:溶质、溶剂、密度、溶液、质量分数也叫质量百分浓度(溶液的浓度用溶质的质量占全部溶液质量的百分率表示的叫质量百分浓 度, 用符号%表示。 例如, 25%的葡萄糖注射液就是指 100 克注射液中含葡萄糖 25 克。 质量百分浓度 (%) =溶质质量/溶液质量 100%, , %) 摩尔浓度(C,mol/L 摩尔浓度(mol/L)=溶质摩尔数/溶液体积(升))、摩尔数(也叫物质的量 n,mol)、体积、总质量(m,g)、 摩尔质量(M,g/mol)之间的关系 溶液的密度*总体积=总质量 物质摩尔浓度*物质的摩尔质量*总体积=溶质质量 溶质质量/总质量=质量分数 由(1)(2)可得 , 摩尔浓度*摩尔质量*总质量=密度*溶质质量 由(3)(4)可得 , 摩尔浓度*摩尔质量=密度*质量分数 (4) (1) (2) (3) 溶液百分比浓度的计算公式为: 溶质质量 C%(w)=———————————×100% 溶质质量+溶剂质量 *其中 溶质质量+溶剂质量=溶液质量 溶质质量=溶液的密度×溶液体积×百分比浓度 蓄电池容量: 电动车用蓄电池的容量以下列条件表示之: ◎ ◎ 电解液比值 蓄电池 1.280/20℃(电解液是稀释的硫酸,1.28 是指硫酸和水混合后的密度 单位 g/ml。 30℃时候盐酸的密度 浓度% 10 20 30 40 50 60 密度 g / mL 1.07 1.14 1.22 1.30 1.40 1.50 ◎ 放电电流 5 小时的电流 1.70V/Cell 30±2℃ ◎ 放电终止电压 70 80 90 1.61 1.73 1.81 100 1.83 ◎ 放电中的电解液温度 1.放电中电压下降 放电中端子电压比放电前之无负载电压(开路电压)低,理由如下: (1)V=E-I.R V:端子电压(V) I:放电电流(A) E:开路电压(V) R:内部阻抗(Ω ) (2)放电时,电解液比重下降,电压也降低。 (3)放电时,电池内部阻抗即随之增强,完全充电时若为 1 倍,则当完全放电时,即会增强 2~3 倍。 用于起重时之电瓶电压之所以比用于行走时的电压低,乃是由于起重用之油压马达比行走用之驱动马达功率大,因此放电流大, 则上式的 I.R 亦变大。 2.蓄电池之容量表示 在容量试验中,放电率与容量的关系如下: 5HR....1.7V/cell 3HR....1.65V/cell 1HR....1.55V/cell 严禁到达上述电压时还继续继续放电,放电愈深,电瓶内温会升高,则活性物质劣化愈严重,进而缩短蓄 蓄电池电池寿命。 因此,堆高机无负重扬升时的电池电压若已达 1.75v/cell(24cell 的 42v,12cell 的 21v),则应停止使用,马上充电。 3.蓄电池温度与容量 当蓄电池温度降低,则其容量亦会因以下理由而显著减少。 (A)电解液不易扩散,两极活性物质的化学反应速率变慢。 (B)电解液之阻抗增加,电瓶电压下降,蓄电池的 5HR 容量会随蓄电池温度下降而减少。 因此: (1)冬季比夏季的使用时间短。 (2)特别是使用于冷冻库的蓄电池由于放电量大,而使一天的实际使用时间显著减短。 若欲延长使用时间,则在冬季或是进入冷冻库前,应先提高其温度。 4.放电量与寿命 每日反复充放电以供使用时,则电池寿命将会因放电量的深浅,而受到影响。 5.放电量与比重 蓄电池之电解液比重几乎与放电量成比例。因此,根据蓄电池完全放电时的比重及 10%放电时的比重,即可推算出蓄电池的放 电量。 测定铅蓄电池之电解液比重为得知放电量的最佳方式。因此,定期性的测定使用后的比重,以避免过度放电,测比重的同时, 亦测电解液的温度,以 20℃ 所换算出的比重,切勿使其降到 80%放电量的数值以下。 6.放电状态与内部阻抗 内部阻抗会因放电量增加而加大,尤其放电终点时,阻抗最大,主因为放电的进行使得极板内产生电流的不良导体─硫酸铅及 电解液比重的下降,都导致内部阻抗增强,故放电后,务必马上充电,若任其持续放电状态,则硫酸铅形成安定的白色结晶后(此即文 献上所说的硫化现象),即使充电,极板的活性物资亦无法恢复原状,而将缩短电瓶的使用年限。 ★白色硫酸铅化 蓄电池放电,则阴、阳极板同时产生硫酸铅(PbS04),若任其持续放电,不予充电,则最后会形成安定的白色硫酸铅结晶(即 使再充电,亦难再恢复原来的活性物质)此状态称为白色硫化现象。 7.放电中的温度 当电池过度放电,内部阻抗即显著增加,因此蓄电池温度也会上升。放电时的温度高,会提高充电完成时温度,因此,将放电 终了时的温度控制在 40℃以下为最理想。 胶体电池和 AGM 电池对比 : VRLA :valve-regulated lead-acid battery 阀控式密封铅蓄电池,就是所说的 免维护电池,分成 Absorbed glass mat battery (AGM)电池和 Gel battery(胶 体电池)二种。现在常见的都是 AGM,胶体电池少,所以 AGM 电池=免维护 电池, 这两种电池分别采用玻璃纤维隔板和硅凝胶二种不同方式来“固定”硫酸 电解液。 它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的,但给阳极析出的氧到达 阴极提供的通道是不同的,因而二种电池的性能各有千秋。 1 历史的简单回顾 铅酸蓄电池从问世到如今, 一直是军用民用领域中使用最广泛的化学电源。由于 它使用硫酸电解液,运输过程中会有酸液流出,充电时会有酸雾析出来,对环境 和设备造成损害,人们就试图将电解硅酸钠 初期的胶体铅蓄电池使用的胶体电解液是由水玻璃(硅酸钠)制成的,然后直接 加到干态铅蓄电池中。这样虽然达到了“固定”电解液或减少酸雾析出的目的, 但却使电池的容量较原来使用自由电解液时的电池容量要低 20%左右,因而没有 被人们所接受。 2 电池的工作原理 不论是采用玻璃纤维隔膜的阀控式密封铅蓄电池(以下简称 AGM(多为贫液)密 封铅蓄电池)还是采用胶体电解液的阀控式密封铅蓄电池(以下简称胶体密封铅 蓄电池),它们都是利用阴极吸收原理使电池得以密封的。 电池充电时,正极会析出氧气,负极会析出氢气。正极析氧是在正极充电量达到 70%时就开始了。 析出的氧到达负极,跟负极起下述反应,达到阴极吸收的目的。 2Pb 十 O2=2PbO 2PbO 十 2H2SO4:2PbS04+2H20 负极析氢则要在充电到 90%时开始,再加上氧在负极上的还原作用及负极本身氢 过电位的提高,从而避免了大量析氢反应。 对 AGM 密封铅蓄电池而言,AGM 隔膜中虽然保持了电池的大部分电解液,但必须 使 10%的隔膜孔隙中不进入电解液。正极生成的氧就是通过这部分孔隙到达负极 而被负极吸收的。 对胶体密封铅蓄电池而言, 电池内的硅凝胶是以 SiQ 质点作为骨架构成的三维多 孔网状结构,它将电解液包藏在里边。电池灌注的硅溶胶变成凝胶后,骨架要进 一步收缩, 使凝胶出现裂缝贯穿于正负极板之间,给正极析出的氧提供了到达负 极的通道。 由此看出, 两种电池的密封工作原理是相同的,其区别就在于电解液的“固定” 方式和提供氧气到达负极通道的方式有所不同。 3 电池结构和工艺上的主要差异 AGM 密封铅蓄电池使用纯的硫酸水溶液作电解液,其密度为 1.29—1.3lg/cm3。 除了极板内部吸有一部分电解液外,其大部分存在于玻璃纤维膜之中。为了给正 极析出的氧提供向负极的通道,必须使隔膜保持有 10%的孔隙不被电解液占有, 即贫液式设计。为了使极板充分接触电解液,极群采用紧装配的方式。 另外,为了保证电池有足够的寿命,极板应设计得较厚,正板栅合金采用 Pb’-q2w-Srr--A1 四元合金。 胶体密封铅蓄电池的电解液是由硅溶胶和硫酸配成的,硫酸溶液的浓度比 AGM 式电池要低,通常为 1.26~1.28g/cm3。电解液的量比 AGM 式电池要多 20%,跟 富液式电池相当。这种电解质以胶体状态存在,充满在隔膜中及正负极之间,硫 酸电解液由凝胶包围着,不会流出电池。 由于这种电池采用的是富液式非紧装配结构,正极板栅材料可以采用低锑合金, 也可以采用管状电池正极板。同时,为了提高电池容量而又不减少电池寿命,极 板可以做得薄一些。电池槽内部空间也可以扩大一些。 4 电池放电容量 初期的胶体蓄电池的放电容量只有富液式电池的 80%左右,这是由于使用性能较 差的胶体电解液直接灌人未加改动的富液式电池之中,电池的内阻较大,电解质 中离子迁移困难引起的。 近来的研究工作表明,改进胶体电解液配方,控制胶粒大小,掺人亲水性高分子 添加剂,降低胶液浓度提高渗透性和对极板的亲合力,采用真空灌装工艺,用复 合隔板或 AGM 隔板取代橡胶隔板,提高电池吸液性;取消电池的沉淀槽,适度增 大极板面积活性物质的含量, 结果可使胶体密封电池的放电容量达到或接近开口 式铅蓄电池的水平。 AGM 式密封铅蓄电池电解液量少,极板的厚度较厚,活性物质利用率低于开口式 电池,因而电池的放电容量比开口式电池要低 10%左右。与当今的胶体密封电池 相比,其放电容量要小一些。 5 电池内阻及大电流放电能力 铅蓄电池的内阻是由欧姆内阻、浓差极化内阻、电化学极化内阻组成的。前者包 括极板、铅零件、电解液、隔极电阻。AGM 密封铅蓄电池所用的玻璃纤维隔板具 有 90%的孔率,硫酸吸附其内,且电池采用紧装配形式,离子在隔板内扩散和电 迁移受到的阻碍很小, 所以 AGM 密封铅蓄电池具有低内阻特性,大电流快速放电 能力很强。 胶体密封铅蓄电池的电解液是硅凝胶, 虽然离子在凝胶中的扩散速度接近在水溶 液中的扩散速度, 但离子的迁移和扩散要受到凝胶结构的影响,离子在凝胶中扩 散的途径越弯曲,结构中孔隙越狭窄,所受到的阻碍也越大。因而胶体密封铅蓄 电池内阻要比 AGM 密封铅蓄电池要大。 然而试验结果表明胶体密封铅蓄电池的大电流放电性能仍然很好, 完全满足有关 标准中对密封电池大电流放电性能的要求。 这可能是由于多孔电极内部及极板附 近液层中的酸和其他有关离子的浓度在大电流放电时起到关键性的作用。 6 热失控 热失控指的是: 电池在充电后期(或浮充状态)由于没有及时调整充电电压,使电 池的充电电流和温度发生一种累积性的相互增强作用,此时电池的温度急剧上 升,从而导致电池槽膨胀变形,失水速度加大,甚至电池损坏。 上述现象是 AGM 密封铅蓄电池在使用不当时而出现的一种具有很大破坏性的现 象。这是由于 AGM 密封铅蓄电池采用了贫液式紧装配设计,隔板中必须保持 10% 的孔隙不准电解液进入,因而电池内部的导热性差,热容量小。充电时正极产生 的氧到达负极和负极铅反应时会产生热量, 如不及时导走, 则会使电池温度升高; 如若没有及时降低充电电压,则充电电流就会加大,析氧速度增大,又反过来使 电池温度升高。如此恶性循环下去,就会引起热失控现象。 对于开口式铅蓄电池而言, 由于不存在阴极吸收氧气现象,再加上其电解液量比 较大,电池散热容易,热容量也大,当然不会出现热失控现象。胶体密封铅蓄电 池的电解液量用得和开口式铅蓄电池相当, 极群周围及与槽体之间充满凝胶电解 质,有较大的热容量和散热性,不会产生热量积累现象。 德国阳光公司的胶体密封铅蓄电池进入中国市场已有十余年, 几家代理商均说没 有听到用户反映电池有热失控现象。 7 使用寿命 影响阀控式密封铅蓄电池使用寿命的因素很多,既有电池设计和制造方面的因 素,又有用户使用和维护条件方面的因素。就前者而言,正极板栅耐腐蚀性能和 电池的水损耗速度乃是两个最主要的因素。由于正板栅的厚度加大,采用 Pb—Ca—Sn--A1 四元耐蚀合金,则根据板栅腐蚀速度推算,电池的使用寿命可 达 10~15 年。然而从电池使用结果来看,水损耗速度却成为影响密封电池使用 寿命的最关键性因素。 对于 AGM 密封铅蓄电池而言, 由于采用贫液式设计,电池容量对电解液量极为敏 感。电池失水 10%,容量将降低 20%;损失 25%水份,电池寿命结束。然而胶体 密封铅蓄电池采用了富液式设计,电解液密度比 AGM 密封铅蓄电池低,降低了板 栅合金腐蚀速度;电解液量也比后者多 15%~20%,对失水的敏感性较低。这些 措施均有利于延长电池使用寿命。根据德国阳光公司提供的资料,胶体电解液所 含的水量足以使电池运行 12~14 年。电池投入运行的第一年,水损耗 4%—5%, 随后逐年减少,4 年之后总的水耗损只有 2%。OP2V 型密封电池在 2.27V/单体条 件下浮充运行 10 年后,其容量还有 90%。从国内一些邮电通信部门的反映来看, 虽然阳光公司的胶体密封铅蓄电池售价较高,但其使用寿命却长于国产的 AGM 密封铅蓄电池。 8 复合效率 复合效率是指充电时正极产生的氧气被负极吸收复合的比率。充电电流、电池温 度、负极特性和氧气到达负极的速度等因素,均会影响密封电池的气体复合效 率。 根据德国阳光公司提供的胶体密封铅蓄电池产品说明书介绍, 胶体密封铅蓄电池 产品使用初期,氧复合效率较低,但运行数月之后,复合效率可达 95%以上。这 种现象也可以从电池的失水速度得到验证, 胶体密封铅蓄电池运行第一年失水速 度较大,达到 4%~5%,以后逐渐减少。造成上述特性的主要原因,看来胶体电 解质在形成初期, 内部没有或极少有裂缝, 没有给正极析出的氧提供足够的通道。 随着胶体的逐渐收缩, 则会形成越来越多的通道,那么氧气的复合效率必然逐渐 提高,水损耗也必然减少。 AGM 式密封铅蓄电池隔膜中有不饱和空隙,提供了大量的氧气通道,因而其氧气 复合效率很高,新电池可以达到 98%以上。 9 选用货真价实的胶体密封铅蓄电池 以上谈及的胶体密封铅蓄电池的一些特性, 乃是当今国内外新一代胶体密封铅蓄 电池才具有的性质。 这种电池使用的胶体电解质在性能上有别于早期胶体电池使 用的胶体电解质,后者是用普通水玻璃制成的,或由一般市售的硅溶胶配成的。 此外,新一代胶体密封铅蓄电池的结构和选材上也不同于一般的铅蓄电池。 从目前的国内外技术发展水平来看,做一个胶体铅蓄电池是不难的,然而要做一 个好的胶体密封铅蓄电池却是不容易的, 其中的技术诀窍是任何厂家都不愿透露 的。用户在选用胶体密封铅蓄电池时,务必小心从事。 相关热力学基本理论: 一、熵焓概述 1. 熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度,熵的变化可以判断热力过程是否 为可逆过程。热力学能与动能、势能一样,是物体的一个状态量。熵与温度、压 力、焓等一样,也是反映物质内部状态的一个物理量。它不能直接用仪表测量, 只能推算出来,所以比较抽象。在作理论分析时,有时用熵的概念比较方便。 在自然界发生的许多过程中, 有的过程朝一个方向可以自发地进行,而反之则 不行。例如,一个容器的两边装有温度、压力相同的两种气体,在将中间的隔板 抽开后,两种气体会自发地均匀混合,但是,要将它们分离则必须消耗功。混合 前后虽然温度、压力不变,但是两种状态是不同的,单用温度与压力不能说明它 的状态。 再如两个温度不同的物体相互接触时,高温物体会自发地将热传给低温 物体,最后两个物体温度达到相等。但是,相反的过程不会自发地发生。上述现 象说明,自然界发生的一些过程是有一定的方向性的,这种过程叫不可逆过程。 过程前后的两个状态是不等价的。用什么物理量来度量这种不等价性呢?通过研 究,找到了“熵”这个物理量。 有些过程在理想情况下有可能是可逆的,例如气缸中气体膨胀时举起一个重物 做了功,当重物下落时有可能将气体又压缩到原先的状态。根据熵的定义,熵在 一个可逆绝热过程的前后是不变的。而对于不可逆的绝热过程,则过程朝熵增大 的方向进行。或者说,熵这个物理量可以表示过程的方向性,自然界自发进行的 过程总是朝着总熵增加的方向进行,理想的可逆过程总熵保持不变。对上述的两 个不可逆过程,它们的终态的熵值必大于初态的熵值。 2.焓是一个状态函数,也就是说,系统的状态一定,焓的值就定了。焓的定义式是 这样的:H=U+pV ,其中 U 表示热力学能,也称为内能,即系统内部的所有能 量 ;p 是系统的压力,V 是系统的体积 作为一个描述系统状态的状态函数,焓没有明确的物理意义 Δ H(焓变)表示的是系统发生一个过程的焓的增量 Δ H=Δ U+Δ (pV) 在恒压条件下,Δ H(焓变)可以表示过程的热力学能变 常用单位为 J/mol 或 kJ/kmol 熵变化量=热量变化量/温度。则当熵变大,物质内能变大,则焓变大;反之,物 质内能变小,则焓变小。 3. 化学平衡常数, 是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应 开始,也不管反应物起始浓度大小,最后都达到平衡,这时各生成物浓度的化学计 量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常 数,用 K 表示,这个常数叫化学平衡常数 不同的化学平衡体系,其平衡常数不一样。平衡常数大,说明生成物的平衡浓度 较大,反应物的平衡浓度相对较小,即表明反应进行得较完全。因此,平衡常数 的大小可以表示反应进行的程度。 二、热力学定律 1、热力学第一定律-能量守恒和转换定律 :热热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其他能量相互转换,在传递和转换过程中,能量的总值不变。表征热力 学系统能量的是内能。通过作功和传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律,系统由初态Ⅰ经过任意过 程到达终态Ⅱ后,内能的增量 ΔU 应等于在此过程中外界对系统传递的热量 Q 和系统对外界作功 A 之差 ΔU=Q-W 或者 ΔU= UⅡ-UⅠ =Q-W; Q-系统吸收了多少热量,W-系统对外做功。 2、热力学第二定律 ①不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。,指出了在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移,而不能 由低温物体自动向高温物体转移,也就是说在自然条件下,这个转变过程是不可逆的。要使热传递方向倒转过来,只有靠消耗功来实现。 ②不可能从单一热源取热,使之完全变为功而不引起其它变化。(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的, 要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。) 3、热力学第三定律 不可能用有限个手段和程序使一个物体冷却到绝对温度零度。 热力学第三定律是对熵的论述,一般当封闭系统达到稳定平衡时,熵应该为最大值,在任何过程中,熵总是增加,但理想气体如果 是绝热可逆过程熵的变化为零,可是理想气体实际并不存在,所以现实物质中,即使是绝热可逆过程,系统的熵也在增加,不过增加的 少。 在绝对零度,任何完美晶体的熵为零;称为热力学第三定律 4、热力学第零定律 如果两个热力系的每一个都与第三个热力系处于热平衡(温度相同),则它们彼此也处于热平衡,热力学第零定律的重要性在于它给出 了温度的定义和温度的测量方法 热力学小结: 根据热力学第零定律,确定了态函数——温度 根据热力学第一定律,确定了态函数——内能和焓; 根据热力学第二定律,也可以确定一个新的态函数——熵。 5、焓 enthalpy 热力学中表示物质系统能量的一个状态函数,常用符号 H 表示。数值上等于系统的内能 U 加上压强 p 和体积 V 的 乘积,即 H=U+pV。焓的变化是系统在等压可逆过程中所吸收的热量的度量 p=F/S,V=Sh,∴Fh=pV; W=Fh=PV Q=ΔU-W=U2-U1+(p2V2-p1V1)=(U2+p2V2)-(U1+p1V1) 数值上等于系统的内能 U 加上压强 p 和体积 V 的乘积,即 H=U+pV;Q=H2-H1=ΔH 6、熵 entropy (记为 S),它表示该状态可能出现的程度。在热力学中,是用以说明热学过程不可逆性的一个比较抽象的物理量。 熵在热力学中是表征物质状态的参量之一,通常用符号 S 表示。在经典热力学中,可 熵用增量定义为 dS=(dQ/T),式中 T 为物质 的热力学温度; 为熵增过程中加入物质的热量。 “可逆” dQ 下标 表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。 若过程是不可逆的, dS(dQ/T) 则 不可逆。从微观上说,熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度,系统越无序、越混乱,熵就越大。 单位质量物质的熵称为比熵,记为 s

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