功、能及热量

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功，是过程量，做功W=FS，是力作用在物体上发生了一段位移的结果。做功的过程是二种能量在进行转化，也就是功是能量转化的量度。例如汽车牵引力做功的效果是燃料燃烧的化学能转化为汽车的机械能。

能，是状态量，物体的内能是由物体的状态决定的，具体说是组成物质内部所有分子具有的分子动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。显然物体的内能与物体质量、温度、体积都有关系。

热量，是物体由于温度变化而改变的内能。所以我们只能说物体吸收了多少热量、放出了多少热量，也就是说物体的内能增加了多少，物体的内能减少了多少，而不能说这时候物体具有多少热量。

 

 

卡路里是热量的计算单位，1卡就是我们所吃的食物燃烧之后，使1克的水温度上升1摄氏度时的所需的热量，千卡就是使1公升的水温度上升1摄氏度所需的热量，千卡又叫做大卡。

千卡=大卡

1千卡=1000卡

1千焦=1000焦耳

1千卡／1大卡＝1000卡

1千卡／1大卡=4.184千焦（kJ）

1卡＝4.182焦耳

国际标准单位是千焦,而通俗我们一般讲的是大卡。

常见食品的热量表（单位：大卡/克）

功的最常用单位为千克米、牛顿米、焦耳、瓦时、千瓦时、卡、千卡。

1.力学：千克米、牛顿米、焦耳
1千克米=9.8牛顿米；1牛顿米=1焦耳；
2.电功：瓦时、千瓦时、度、瓦特秒
1000瓦时=千瓦时=1度；1瓦时=3600瓦特秒
3.热学：卡、千卡
1000卡=1千卡；
热功当量：1卡=4.186焦耳，1瓦秒=1焦耳。
焦耳跟这FS乘积的单位有什么关系呢？
好比一个人两个名字，FS乘积的单位是牛顿米，也叫焦。

瓦特是功率的单位，而度是电功的单位，它们之间不能相互转换。

如果在功率上再乘以一个时间，那么这个结果就是功。功的单位有焦耳和千瓦时，千瓦时就是平时所说的“度”，它们之间的关系如下：

1焦=1瓦·秒

1千瓦时=1千瓦·小时=1000瓦·小时=1000×3600瓦·秒=3600000焦

即：

1J=1W·s

1kWh=1kW·h=1000w·h=1000×3600w·s=3600000J

1WH=0.001度=1/1000度

 

 

下面介绍一些不常见但比较重要的概念：

第一，燃烧值的概念

燃烧值定义：完全燃烧1千克的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的燃烧值。燃烧值的单位是焦/千克。

第二，天然气的概念

天然气，广义指埋藏于地层中自然形成的气体的总称。但通常所称的天然气只指贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体，而与石油共生的天然气常称为油田伴生气。天然气由亿万年前的有机物质转化而来，主要成分是甲烷，此外根据不同的地质形成条件，尚含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质；有的气田中还含有氦气。天然气是一种重要的能源，广泛用作城市煤气和工业燃料；在70年代世界能源消耗中，天然气约占18％～19％。天然气也是重要的化工原料。

天然气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡。
天然气每千克燃烧值为7.1～8.8×10^7焦。

第三，cop的概念

COP值在ARI标准中，关于冬夏季循环效率提出了以下定义：

在冬季供热时，制热量（W）与输入功率（W）的比率定义为热泵的循环性能系数COP（coefficient of performance，W/W）;

在夏季制冷时，制冷量（W或Btu/h）与输入功率（W）的比率定义为热泵的能效比EER（energy efficiency ration, W/W 或Btu/W.h）。

为不引起歧义，我们将冬季热泵循环性能系数和夏季热泵的能效比表达形式均采用COP（能效比）表示。

其计算公式为：

 

 

ε_s=Q₀/N_e=Q₀/N₀·η_s=ε₀·η_s

 

Q₀：制冷系统需要的制冷量（或制热量）

N₀：制冷压缩机的理论功率

N_e：轴功率

ε₀：是理论制冷系数（制热系数）

η_s：是总效率（绝热效率）

COP值（制冷效率）实际就是热泵系统所能实现的制冷量（制热量）和输入功率的比值，在相同的工况下，其比值越大说明这个热泵系统的效率越高越节能；因此在作制冷系统COP值比较之前，首先要确定各个热泵系统是否在相同的工况之下，然后再进行计算比较。

影响机组的COP的因素有以下几点：

a、压缩机的性能系数；

b、热泵机组的系统匹配性（所谓系统匹配是指：压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和自控系统的匹配性能）。

第四，能量单位换算方法

常用的能量单位有：焦耳（J）、千瓦时（kwh）、卡（cal）、大卡（kcal）、度。

常用的功率单位：瓦，千瓦，冷吨，匹。

1焦耳=1瓦秒

1千瓦时=1000瓦×3600秒=3600千焦耳，即1千瓦=3600千焦耳/小时

1千瓦时＝8.6×10^5卡

1大卡=1000卡

1卡表示一克水升高一摄氏度时所吸收的热量，大约等于4.2焦耳

1千瓦时=861大卡

一度=861大卡

1美国冷吨=3024千卡/小时（kcal/h）=3.517千瓦（KW）

1日本冷吨=3320千卡/小时（kcal/h）=3.861千瓦（KW）

（注：1冷吨就是使1吨0℃的水在24小所内变为0℃的冰所需要的制冷量。）

天然气每立方燃烧热值为8000大卡至8500大卡

1立方天然气=9.29度–9.9度

1匹=1马力=735瓦特

匹数指的是电器消耗功率，1匹=1马力=735W，匹并不指制冷量。平时所说的空调是多少匹，是根据空调消耗功率估算出空调的制冷量。一般习惯用1匹等于2500W的制冷量(也就是25机型)，1.5匹约等于3500的量(也就是35机型)。其余机型可以根据制冷量来估算匹数，比如50机型为两匹。

1匹=1马力=735W，一小时用电0.735度。

15匹=1102.5w, 一小时用电1.102度。

第五，功和热的联系

热力学第一定律描述功与热之间的相互转换，功和热量转换的结果为其总能量是守恒的。

在力学中，外力对系统作功，引起系统整体运动状态的改变，使系统总机械能（包括动能和外力场中的势能）发生变化，这时把总机械能定义为内能，它是系统状态的函数。

 

 

热学把注意力集中于系统内部，它不考虑系统整体运动。媒质对系统的作用使系统内部状态发生改变，它所改变的能量发生在系统内部，此即内能。内能是系统内部所有微观粒子（例如分子、原子等）的微观的无序运动能以及总的相互作用势能两者之和。

通常物体内能的变化来自于功与热，如下：

 

U₂ – U₁= Q W

 

对于无限小的过程，上式可改写为：

 

dU = dQ dW

 

功和热量与所经历的过程有关，它们不是态函数，但两者之和却成了仅与初末状态有关，而与过程无关的内能改变量了。

 

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                   原创:伽玛