[科普中国]-热力学分析-

热力学分析通常包括三方面的内容：（1）确定过程中工质状态变化的规律以及相应的状态参数；（2）确定过程中能量转换的数量关系；（3）揭示过程中的不可逆程度，反映能量转换与利用的完善性。

热力学分析概述热力学是研究热现象中，物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时，系统与外界相互作用的学科。工程热力学是关于热现象的宏观理论，研究的方法是宏观的，它以归纳无数事实所得到的热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律作为推理的基础，通过物质的压力、温度、比容等宏观参数和受热、冷却、膨胀、收缩等整体行为，对宏观现象和热力过程进行研究。目前常用的三种热力学分析方法，即焓分析、熵分析和火用分析。通过各种热力学分析方法对能量转换过程进行分析，改进装换装置，能够更加合理的利用能量，对人类社会发展有着重要的意义。

具体步骤为：（1）根据具体情况，划定系统；（2）根据过程特性，确定过程中状态变化的特定规律；（3）用图表示意出热力过程；（4）根据合适的热力学定律，列出平衡式，求解未知量。1

对燃料电池的热力学分析目前，利用最多的能源是燃料的化学能。通过燃烧，燃料的化学能转换成热能，再将热能转换成机械能或者电能供人们使用。能源的开发利用，一方面为人类社会的发展提供了必需的能量，另一方面，不可再生的化石燃料的大量开采和使用最终后导致整个世界范围内的资源枯竭和严重的环境污染问题。而且，热能通过热能动力装置转换为机械能的效率较低，即使是当代最先进的大型蒸汽动力装置的热效率也只稍超过了40%。因此，开发利用新能源、可再生能源以及提高能源转换装置的效率是目前解决能源与环境问题的有效方法,因而燃料电池发电技术以其高效、环保等特点逐渐受到人们的广泛关注。

首先引入一个概念，那就是可逆电池。可逆电池是一个十分重要的概念，因为只有可逆电池才能进行严格的热力学分析。可逆电池必须满足两个条件：

（1）电极反应必须是可逆的，即当电流方向改变时，电极反应随之逆向进行。以铜锌电池为例，将外加电动势E外与铜锌电池对抗相联，若铜锌电池电动势E>E外，则铜锌电池对外放电，若E