火用

概念介紹

各種形態的能量，轉換為“高級能量”的能力並不相同。如果以這種轉換能力為尺度，就能評價出各種形態能量的優劣。

但是轉換能力的大小與環境條件有關，還與轉換過程的不可逆程度有關。實際上採用在給定的環境條件下，理論上最大可能的轉換能力作為量度能量品味高低的尺度，這種尺度稱之為㶲（Exergy）。它的定義如下：

當系統由一任意狀態可逆地變化到與給定環境相平衡的狀態時，理論上可以無限轉換為任何其他能量形式的那部分能量，稱之為㶲。

因為只有可逆過程才有可能進行最完全的轉換，所以可以認為（㶲）是在給定的環境條件下，在可逆過程中，理論上所能作出的最大有用功或消耗的最小有用功。

與此相對應，一切不能轉換為㶲的能量，稱之為（火無）（Anergy）。任何能量E 均由㶲（Ex）和（火無）（An）兩部分所組成，即

㶲作為一種評價能量價值的參數，從“量”和“質”兩個方面規定了能量的“價值”，解決了熱力學中長期以來沒有一個參數可以單獨評價能量價值的問題，改變了人們對能的性質、能的損失和能的轉換效率等問題的傳統看法，提供了熱工分析的科學基礎。

從㶲和（火無）的觀點來看，能量的轉換規律可歸納為以下幾點：

（1）㶲與（火無）的總量保持守恆，即我們常說的能量守恆原理。

（2）（火無）再也不能轉換為㶲，否則將違反熱力學第二定律。

（3）可逆過程不出現能的貶值變質，所以㶲的總量守恆。

（4）在一切實際不可逆過程中，不可避免地發生能的貶值，㶲將部分地“退化”為（火無），成為㶲損失。因為這種退化是無法補償的，所以㶲損失才是能量轉換中的真正損失。

（5）孤立系統的㶲值不會增加，只會減少，至多維持不變，此即孤立系統㶲減原理。所以㶲與熵一樣，可用作自然過程方向性的判據。

定義

能量守恆是一個普遍的定律，能量的收支應保持平衡。

但是，㶲只是能量中的可用能部分，它的收支一般是不平衡的，在實際的轉換過程中，一部分可用能將轉變成不可用能，㶲將減少，稱之為㶲損失。這並不違反能量守恆定律，㶲平衡是㶲與㶲損失（不可用能）之和保持平衡。

設穿過體系邊界的輸入㶲為Exin，輸出㶲為 Exout，系統各項內部㶲損失為 Ii，外界作功為W，則它們的平衡關係為：

㶲平衡不僅考慮了能量的數量，而且還顧及了能量的質量。在考慮㶲平衡時，關鍵是需要計入各項㶲損失才能保持平衡。其中，內部不可逆㶲損失項在熱平衡中並無反映。因此，兩種分析方法有著質的區別。但是，兩者相互之間又存在著內在的聯繫，㶲平衡是建立在熱平衡的基礎之上的。