2.1.5　热和功

2.1.5　热和功

热(heat)和功(work)是在体系状态发生改变过程中，体系与环境之间能量传递的两种不同形式。Q代表热，是由于温差而产生的体系与环境间能量的传递形式；热不是状态函数，其数值大小与变化途径有关。W代表功，是除热之外，体系与环境间存在的其他能量的传递形式；它和热一样也不是状态函数，其量值与途径紧密相关。

根据国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)最新规定，以体系的得失能量为标准，Q＞0(体系吸热)和W＞0(环境对体系做功，亦即体系得功)，表示体系能量的增加；反之，Q＜0(体系放热)和W＜0(体系对环境做功，亦即体系失功)，表示体系能量的减少。

例如：汽缸内气体受热反抗恒定外压(环境压力为p)膨胀(汽缸内气体体积由始态V₁增加到终态V₂，由V₂＞V₁推出ΔV＞0)对环境做功，体系失去能量：

W_膨胀=-p(V₂-V₁)=-pΔV＜0。

若汽缸内气体进行自由膨胀，由始态V₁增加到终态V₂，直到体系内达到压力为零止。在此变化中，p_外=0(自由膨胀)，所以W=0。

若汽缸内气体与变化的环境压力始终相差一极小值(例如可逆过程)膨胀，由始态V₁增加到终态V₂，可用体系的压力代替外压，即：

p_体-p_外=Δp　　　∴W=p_外·ΔV=(p_体-Δp)ΔV=p_体ΔV-ΔpΔV≈p_体ΔV

从以上讨论可以看出，体系的始态终态都相同，但由于变化途径不同，W不同。

热和功不仅与体系的始态、终态有关，而且与过程的具体途径有关，只给出过程的始态、终态，而不给出具体途径时，是不能计算热和功的，但是可以肯定热力学能的值是一定的。

另外，W可以包括任何形式的功，这里一般将由于体积变化而传递的功称为膨胀功(expansion work)、体积功或无用功；其他形式的功称为有用功或非体积功(W_非)。通常情况只讨论有用功为零的情况下体系的能量转换。