态函数
外观
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热力学 |
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在平衡热力学中, 态函数[1][2](英语:state function)又称状态函数、热力学函数[3][4](thermodynamic function),是描述系统热力学状态的宏观物理性质的函数。处于平衡状态的热力学系统,各宏观物理量具有确定的值,并且这些物理量仅由系统所处的状态所决定,与达到平衡态的过程无关。决定物质状态的物理量被称为状态函数。其中包含了“热力学势”,热力学势特指下面提到的四个具有能量量纲的热力学函数。
热力学系统的状态函数一般存在一定的相互依存关系。如理想气体的状态方程式中,可以任意选取其中的两个状态函数为独立变量,而把其他的统计量看作它们的函数。热力学函数之间的依存关系具有普适性。
简单系统的的热力学函数
[编辑]简单热力学系统(如量子、古典气体系统)一般具有以下热力学函数,可以任意选取其中两个作为独立变量: 量纲(单位)不是能量的热力学函数
物理量 | 符号 | 单位 |
---|---|---|
体积 | V | m3 |
压强 | P | Pa和atm |
温度 | T | K和℃ |
熵 | S | J/(mol·K) |
物理量 | 符号 | 单位 |
---|---|---|
内能 | U | J |
焓 | H | J |
吉布斯能 | G | J |
亥姆霍兹自由能 | F | J |
热力学势
[编辑]上面给出的热力学函数中,后四个具有能量的量纲,单位都为焦耳,这四个量通常称为“热力学势”。
内能 | 有时也用E表示 | |
亥姆霍兹自由能 | 也常用F表示 | |
焓 | ||
吉布斯能 |
其中,
具有 广义力 和 广义位移 热力学系统, 内能的微分式可从热力学第一定律得知:
公式内的U、S和V是热力学的状态函数,也可用于非平衡、不可逆的过程。
其馀三个热力学势可经由 勒壤得转换 (Legendre transform)转换自变数而得到。
通过对以上微分表达式求偏导,可以得到T,S,P,V四个变量的偏导数间的“麦氏关系”
相关条目
[编辑]参考
[编辑]延伸阅读
[编辑]- Alberty, R. A. Use of Legendre transforms in chemical thermodynamics (PDF). Pure Appl. Chem. 2001, 73 (8): 1349–1380 [2010-12-23]. doi:10.1351/pac200173081349. (原始内容存档 (PDF)于2017-08-14).
- Reichl, Linda E. A modern course in statistical physics 2 ed. London: Wiley. 1998. ISBN 0-471-59520-9.
- 华彤文等 《普通化学原理》第三版 2005 ISBN 7-301-09213-X/O 0654