焓 我们首先从一个非常常见的宏观物理量—— 内能 说起。在热力学中，内能（通常用符号 \( U \) 表示）是系统内部所有微观粒子（分子、原子等）的动能和相互势能的总和。它是一个 状态函数 ，其变化量只取决于系统的初态和终态，与过程路径无关。对于一个封闭系统（与外界有能量交换但无物质交换），其内能的改变可以通过热力学第一定律描述：\( \Delta U = Q - W \)，其中 \( Q \) 是系统吸收的热量，\( W \) 是系统对外所做的功。 在许多实际过程中，特别是 恒定压力 条件下（例如敞口容器中发生的化学反应、大气压下的相变等），系统在能量交换时不仅会改变内能，还会因为体积变化而对环境做 体积功 。具体来说，如果外界压强 \( p \) 恒定，系统体积从 \( V_ 1 \) 变化到 \( V_ 2 \)，那么它对外所做的体积功为 \( W = p \Delta V \)（其中 \( \Delta V = V_ 2 - V_ 1 \)）。此时，热力学第一定律可写为：\( \Delta U = Q_ p - p \Delta V \)，这里的 \( Q_ p \) 表示恒压过程中系统吸收的热量。 将上述公式移项，可以得到：\( Q_ p = \Delta U + p \Delta V \)。这个等式右边的 \( U + pV \) 组合，在恒定压力条件下具有非常重要的性质。因为它完全由系统的状态（\( U, p, V \)）决定，所以它本身也是一个 状态函数 。为了便于研究，我们定义这个新的状态函数为 焓 ，用符号 \( H \) 表示： \[ H \equiv U + pV \] 因此，在恒压且只做体积功的条件下，系统吸收的热量就等于其焓的变化量： \[ Q_ p = \Delta H \] 这是焓最直接、最重要的物理意义之一： 在恒压过程中，焓变就是过程的热效应 。 由于焓是状态函数，我们可以像对待内能一样，定义其在某一状态下的 焓值 （尽管绝对值通常不重要，我们更关心变化量 \( \Delta H \)）。它的微分形式为：\( dH = dU + p dV + V dp \)。结合热力学第一定律的普遍形式 \( dU = \delta Q - \delta W \)，如果系统只做体积功（\( \delta W = p dV \)），则可得 \( dH = \delta Q + V dp \)。在恒压（\( dp = 0 \)）条件下，此式简化为 \( dH = \delta Q_ p \)，与前述结论一致。 焓在化学、化工和工程热力学中应用极为广泛，主要原因就在于大多数反应和过程都在大气压下（近似恒压）进行。例如： 反应热 ：一个化学反应在恒压下释放或吸收的热量，就是该反应的 焓变 \( \Delta H \)。\( \Delta H < 0 \) 为放热反应，\( \Delta H > 0 \) 为吸热反应。 相变潜热 ：物质在恒定压力和温度下发生熔化、汽化、升华等相变时吸收或放出的热量，就是该相变的焓变（如熔化焓、汽化焓）。 热力设备分析 ：在分析锅炉、换热器、透平等稳态流动设备时，焓是衡量工质（如水蒸气）所携带能量的关键参数，其变化直接关系到设备的吸热量、作功量和效率。 最后，需要明确焓的几点重要特性： 和内能一样，焓是 广延量 ，其值与系统内物质的数量成正比。 虽然我们通过恒压过程引入了焓，但焓作为一个状态函数，其定义 \( H = U + pV \) 适用于任何状态，不局限于恒压过程。只是在非恒压过程中，\( \Delta H \) 不再等于过程的热量 \( Q \)。 对于理想气体，由于其内能 \( U \) 只是温度 \( T \) 的函数，且满足 \( pV = nRT \)，因此理想气体的焓 \( H = U + nRT \) 也仅仅是温度 \( T \) 的函数。