雷電流熱效應(yīng)

作用

由于雷電流很大,通過的時(shí)間又短,如果雷電擊在樹上或建筑物構(gòu)件上,被雷擊的物體瞬間將產(chǎn)生大量熱,又來不及散發(fā),以致物體內(nèi)部的水份大量變成蒸氣,并迅速膨脹,產(chǎn)生巨大的爆炸力,造成破壞.雷電流沖擊波的破壞作用: 雷電通道的溫度高達(dá)幾千℃至幾萬℃，空氣受熱急劇膨脹，并以超聲速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的冷空氣被強(qiáng)烈壓縮，形成"激波"。被壓縮空氣層的外界稱為"激波波前"。"激波波前"到達(dá)的地方，空氣的密度、壓力和溫度都會(huì)突然增加。"激波波前"過去后，該區(qū)壓力下降，直到低于大氣壓力。這種"激波"在空氣中傳播，會(huì)使其附近的建筑物、人、畜受到破壞和傷亡。這種沖擊波的破壞作用就跟炸彈爆炸時(shí)附近的物體和人、畜受損害一樣2100433B

為提高系統(tǒng)運(yùn)行安全，防雷保護(hù)必須十分可靠，因此必須對(duì)雷電流進(jìn)行在線跟蹤測(cè)量。采用89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)雷電流在線監(jiān)測(cè)可以測(cè)量避雷針、鐵塔等處的雷電流。雷電發(fā)生時(shí)，只要流過避雷針、鐵塔等處的雷電流達(dá)到一定的幅值，雷電流跟蹤測(cè)量系統(tǒng)就會(huì)記錄下雷電發(fā)生的時(shí)間、極性和幅值等數(shù)據(jù)。這種測(cè)量方法由單片機(jī)自動(dòng)控制，用戶可通過按鍵方便的查看已記錄的數(shù)據(jù)。通過雷電流跟蹤測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量到的數(shù)據(jù)，可為系統(tǒng)中設(shè)備運(yùn)行提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)還可為全國(guó)雷電流研究提供直接的數(shù)據(jù)，以利于對(duì)雷電流進(jìn)行更深入的研究。

在等溫度過程中，體系吸的熱因過程不同，有反應(yīng)熱（如生成熱、燃燒熱、分解熱與中和熱）、相變熱（如蒸發(fā)熱、升華熱、熔化熱）、溶解熱（積分溶解熱、微分溶解熱）、稀釋熱等。根據(jù)等容、等壓等過程，熱效應(yīng)可分為等容熱效應(yīng)與等壓熱效應(yīng)。等容過程的熱效應(yīng)，稱等容熱效應(yīng)；等壓過程的稱等壓熱效應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)、相變過程等一般是在等壓條件下進(jìn)行的，故手冊(cè)中列出的有關(guān)數(shù)據(jù)，一般是等壓熱效應(yīng)。由于這些過程一般不伴隨其他功（只有體積功），等壓熱效應(yīng)就等于體系焓的增量，用符號(hào)△H表示。若為負(fù)值，表明過程放熱。這類數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等領(lǐng)域。

電流熱效應(yīng)：簡(jiǎn)單的說，電流通過導(dǎo)體時(shí)電能轉(zhuǎn)化成熱，這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的熱效應(yīng)。

生成熱

由穩(wěn)定單質(zhì)化合生成1mol化合物的恒壓反應(yīng)熱效應(yīng)，稱為該化合物的生成熱，又稱生成焓。規(guī)定所有溫度下最穩(wěn)定的單質(zhì)的焓值為零，所以由穩(wěn)定單質(zhì)生成化合物的反應(yīng)焓變即為該化合物的相對(duì)焓值-生成熱。為了進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算和比較，往往用標(biāo)準(zhǔn)生成熱，即在指定溫度時(shí)，101325Pa下，由穩(wěn)定單質(zhì)生成1mol化合物時(shí)的反應(yīng)熱，就是該溫度時(shí)化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成熱。

燃燒熱

1mol物質(zhì)在指定條件下完全燃燒時(shí)的熱效應(yīng)稱為該物質(zhì)的燃燒熱。所謂完全燃燒是指產(chǎn)物處于穩(wěn)定的聚集狀態(tài)，如C變?yōu)镃O₂（g），H變?yōu)镠₂O（l），S變?yōu)镾O₂（g），N變?yōu)镹₂（g），Cl變?yōu)镠Cl水溶液等。物質(zhì)的燃燒熱可以由熱力學(xué)手冊(cè)查得，大多數(shù)手冊(cè)所列為25攝氏度、101325Pa下物質(zhì)的燃燒熱，稱為該物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱。

目前，人們對(duì)燃燒熱的利用已非常廣泛，最常見的為利用生活垃圾的燃燒熱來發(fā)電。隨著人類對(duì)已知能源的不斷開采利用，全球?qū)⒚媾R能源危機(jī)，但是發(fā)現(xiàn)的新資源海底可燃冰將為人類解決這一難題 。

離子的生成熱

對(duì)于有離子參加的反應(yīng)，如果能夠知道離子的生成熱，則離子反應(yīng)熱也可按照（3-22）、（3-23）求出。所謂離子生成熱是指在101325Pa和指定溫度下，由最穩(wěn)定的單質(zhì)生成1mol溶于無限大量水溶液中的相應(yīng)離子所產(chǎn)生的熱效應(yīng)。但是，在一個(gè)反應(yīng)里正負(fù)離子總是同時(shí)存在，無法直接計(jì)算一種離子的生成熱，為此，必須建立一個(gè)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，習(xí)慣上規(guī)定H （∞，aq）的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱為零。即：

1/2H₂（g）=H （∞，aq） e（H （∞，aq））=0

將其他離子與其比較，從而得到各離子的標(biāo)準(zhǔn)生成熱。

例如已知H₂（g） 1/2O₂（g）=H₂O（l）=-285.83kJ.mol^-1

H₂O（l）=H （∞，aq） OH^-（∞，aq）=55.84kJ.mol-1

則以上兩方程相加，得H₂（g） 1/2O₂（g）=H （∞，aq） OH^-（∞，aq）

=-285.83kJ.mol^-1 55.84kJ.mol^-1=-229.99kJ.mol^-1

由于（H （∞，aq））=0

所以1/2H₂（g） 1/2O₂（g）=OH^-（∞，aq）

=-229.99kJ.mol^-1這就是OH-離子的標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱。

溶解熱

物質(zhì)溶解過程通常也伴隨著熱效應(yīng)，如硫酸、苛性鈉等物質(zhì)溶解于水中，產(chǎn)生放熱現(xiàn)象；而硝酸銨溶于水中則發(fā)生吸熱現(xiàn)象。這是由于形成溶液時(shí)，粒子間相互作用力與純物質(zhì)不同，發(fā)生能量變化，并以熱的形式與環(huán)境交換之故。物質(zhì)溶解過程所放出或吸收熱量的多少，與溫度、壓力等條件有關(guān)，如果不加注明，常常指25oC及101325Pa的條件。

1mol溶質(zhì)溶解于一定量溶劑中，形成某一濃度的溶液時(shí)所產(chǎn)生的熱效應(yīng)稱為該濃度溶液的積分溶解熱。由于溶解過程中溶液濃度不斷變化，因而積分溶解熱稱為變濃溶解熱。符號(hào)ΔHint。而1mol溶質(zhì)溶解于一定濃度的無限大量溶液中，所產(chǎn)生的熱效應(yīng)稱為該溶質(zhì)在此濃度下的微分溶解熱，也叫定濃溶解熱，符號(hào)ΔHdiff。溶解熱單位J.mol-¹或kJ.mol^-1。

簡(jiǎn)述

一切化學(xué)反應(yīng)實(shí)際上都是原子或原子團(tuán)的重新排列組合，在舊鍵破裂和新鍵形成過程中就會(huì)有能量變化，這就是化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。

鍵的分解能：將化合物氣態(tài)分子的某一個(gè)鍵拆散成氣態(tài)原子所需的能量，稱為鍵的分解能即鍵能，可以用光譜方法測(cè)定。顯然同一個(gè)分子中相同的鍵拆散的次序不同，所需的能量也不同，拆散第一個(gè)鍵花的能量較多。

鍵焓

在雙原子分子中，鍵焓與鍵能數(shù)值相等。在含有若干個(gè)相同鍵的多原子分子中，鍵焓是若干個(gè)相同鍵鍵能的平均值。

美國(guó)化學(xué)家L·Pauling假定一個(gè)分子的總鍵焓是分子中所有鍵的鍵焓之和，這些單獨(dú)的鍵焓值只由鍵的類型決定，從而促進(jìn)了化學(xué)鍵理論的發(fā)展。這樣，只要從表上查得各鍵的鍵焓就可以估算化合物的生成焓以及化學(xué)反應(yīng)的焓變。顯然，這個(gè)方法是很粗略的，一則所有單鍵鍵焓的數(shù)據(jù)尚不完全，二則單鍵鍵焓與分子中實(shí)際的鍵能會(huì)有出入。

等壓熱效應(yīng)與等容熱效應(yīng)

前已述及，熱量不僅與過程的始、終態(tài)有關(guān)，且與過程所取的途徑有關(guān)。然而，在某些特殊條件下過程的熱則僅取決于過程的始終態(tài)。

常定義在體系與環(huán)境之間無非膨脹功發(fā)生而反應(yīng)物與產(chǎn)物的溫度相同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)過程中所吸收或放出的熱量，稱為“化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)”，簡(jiǎn)稱“反應(yīng)熱”。

等容熱效應(yīng)：

Qv=ΔU（或ΔrU）（3-24）

等壓熱效應(yīng)：

Qp=ΔH（3-25）

U和H均為狀態(tài)函數(shù)，ΔrU（等容反應(yīng)熱）和ΔrH（等壓反應(yīng)熱）的數(shù)值均只與始終態(tài)有關(guān)而與過程所取途徑無關(guān)。因此，只要過程同是在等容或同是在等壓條件下進(jìn)行，則反應(yīng)熱效應(yīng)也僅取決于始終態(tài)而與過程所取途徑無關(guān)。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)度ξ=1mol，即反應(yīng)按所給反應(yīng)式的計(jì)量系數(shù)比例進(jìn)行時(shí)，則ΔrH=ΔrUm，稱“摩爾反應(yīng)熱力學(xué)能變”，而ΔrH=ΔrHm，稱“摩爾反應(yīng)焓變”，其中下標(biāo)符號(hào)γ意反應(yīng)，m示摩爾，量綱單位為J·mol-1。現(xiàn)以A、D代表反應(yīng)物而G、H代表產(chǎn)物，按下式進(jìn)行：

aA dD→gG hH

式中a、d、g、h分別為A、D、G、H等物質(zhì)的計(jì)量系數(shù)，則熱效應(yīng)意義結(jié)論分別可用下式表示：

（Ui及Uf分別為反應(yīng)物及產(chǎn)物的熱力學(xué)能）

（Hi及Hf分別為反應(yīng)物及產(chǎn)物的焓）

對(duì)應(yīng)同一反應(yīng)，等容和等壓熱效應(yīng)ΔγUm和ΔγHm之間有如下近似關(guān)系：

ΔγHm=ΔγUm ΔnRT（3-26）

式中Δn（或示為）為反應(yīng)過程中氣體物質(zhì)的量的增量。式（3-26）的導(dǎo)出可參考圖2-15。

由圖，等容熱效應(yīng)：

Qv=ΔγUm=ΔU1（3-27）

顯然

ΔU1 ΔU2=ΔU3（3-28）

而

ΔH3=ΔU3 p1ΔV

=ΔU3 p1（V2-V1）（3-29）

ΔU2相當(dāng)于產(chǎn)物（gG hH）在恒溫（溫度保持T1）條件下由狀態(tài)（p2、v1、T1）所吸收或放出的熱量與等容反應(yīng)熱效應(yīng)ΔU1或ΔU3對(duì)比其值甚小，可以略去不計(jì)，可令：

ΔU1≈ΔU3≈ΔγUm（3-210）

而

ΔγHm=ΔH3=ΔU3 p1ΔV=ΔγUm p1ΔV（3-211）

式中n2和n1分別為計(jì)量方程式中產(chǎn)物氣體的物質(zhì)的量和反應(yīng)物氣體的物質(zhì)的量。

或

p1ΔV≈ΔnRT（3-212）

以式（3-212）結(jié)果代入式（3-211），即得式（3-213）：

ΔγHm=ΔγUm ΔnRT（3-213）

上式在ΔγHm和ΔγUm之間的相互算甚為有用，某些反應(yīng)ΔγHm難以直接測(cè)定，另一些反應(yīng)則ΔγUm難以直接測(cè)定，均可利用上式以換算ΔγUM或ΔγHm精確計(jì)算時(shí)，則應(yīng)將ΔU2的貢獻(xiàn)計(jì)算在內(nèi)。