熱化學

熵 (Entropy)
臺中國立新港藝術高級中學物理科羅伊君老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

「熵」(entropy) 的概念是由德國物理學家克勞修斯於 1865 年所提出。

我們先從單向過程定義「熵 (entropy)」,所謂單向過程即為不可逆過程,例如理想氣體的自由膨脹:假設氣體經由閥門被限制在某側的絕熱容器中而達到初平衡狀態 $$i$$,接著打開閥門,氣體會快速擴散而充滿整個容器而達到末平衡狀態 $$f$$,此即為不可逆過程,因為氣體分子不會自動回到容器的某側。

赫斯定律

赫斯定律 (Hess law)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

Hess law就是俄國的化學家 Germain Henri Hess(1802年8月7日〜1850年11月30日),依其在熱化學方面的研究結果,於1840年,所提出的一個概念:在熱化學上,一個化學反應熱含量-焓 (enthalpy) 的變化,是可以預測,其值與反應途徑無關。

Hess law指出焓 (enthalpy) 是狀態函數 (state function),一個化學反應焓的變化量是固定的,與反應途徑無關。換句話說,只與反應前的狀態和反應後的狀態有關,與反應經由的路徑無關。因此若一個化學反應的熱含量變化 (△H),無法直接測得時,便可以藉由這個定律計算出。

能量單位

能量單位 (Units of energy)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

因為能量的定義來自作功 (work),所以在國際單位制SI中,能量的單位與功一樣—–即是焦耳(J)。焦耳這個單位是為了紀念英國的物理學家James Prescott Joule,他在熱功當量方面的實驗(mechanical equivalent of heat)有巨大貢獻。SI制中,1焦耳等於1牛頓‧米。能量單位在不同的領域中,各有其常用的單位,分述如下:

1.在原子物理(atomic physics),粒子物理(particle physics)和高能物理(high energy physics)方面,常用電子伏特(electronvolt eV),1 eV表示將一個電子提高一伏特電位能所需的能量。
1 eV=1.60217653×10-19J。

2.光譜學中,因為E=hν=hc/λ,能量正比於波長的倒數,所以常以cm-1為能量單位,1cm-1=0.0001239eV 。

3.在討論能量的產生與消耗時,常用到BOE (barrel of oil equivalent)和toe (ton of oil equivalent)為能量單位。燃燒1桶的原油,大約產生6.1178632 × 109 J的能量, 即1 BOE=6.1178632 × 109 J﹔燃燒1噸的原油大約產生42 GJ 的能量,即1 toe = 42 GJ。