筆記 台大 熱力學

化工熱力學 02. Overview of Chemical Engineering Thermodyn...

熱力學處理的是能量流動、轉換的原則的學問。而化工熱力學則是對化工程序的熱力學分析。

所謂的「系統(system)」指的是我們所關心的研究主體。一個系統可以是某空間範圍內的事物。是一個劃定的關注空間。

「環境(surrounding)」指的是系統以外的所有事物，everything else.

「Boundary」是區隔系統與環境之間的假想界線。

系統與環境之間有三種互動方式
1. 熱交換(thermal contact)，能量可以進出系統(heat flow)
而如果能量不可進出的話，這個系統就是絕熱(adiabatic)，不可熱交換

2. Mechanical contact透過壓力造成形狀改變或者透過改變形狀造成壓力改變

3. 質量交換(material exchange)，可以把東西放進拿出 (mass flow)，若是可以進行質量交換的系統則被稱為開放系統(open system)
若是無法進行質量交換的系統則被稱為封閉系統(closed system)

完全無法被外界影響的系統稱為孤立系統(isolated system)

在描述系統的時候我會會使用不同的變量(variables)來描述，例如溫度、壓力、體積、質量、總能

變量有不同性質。
extensive properties(variables)有
total mass, total energy, total volume，是與「大小」有關的變量

intensive properties則是與大小無關的變量，溫度、壓力、密度

化工熱力學通常關心的是intensive properties

相(phase)是指系統中性質均勻的部分，只要是同一相，性質就一樣。一個系統內可以有多種不同的相。比方說以一個裝著水的瓶子內部為系統，沒有水的地方可能都是空氣，因此是氣相，有著水的部分則是水相。

態(state)只需要少數variables即可決定一個系統的態。這些變量被稱為state variable。態的例子有固態、氣態、液態。

有種態叫做平衡態(equilibrium)，系統通常會自發地變成平衡態。平衡態有四種特性:
1. 不會隨時間改變性質
2. 內部均勻(uniform)，也就是成為了相，而可以有多種相
3. 正反反應的速率一樣，這裡用0表示
4. 系統與環境的互動速率(rate)也是0, flow of heat, flow of mass, or work between them = 0

平衡態會跟穩定態(steady state)有所差別，但有點相似，以下是相似點：
性質都不會隨時間改變