態函數
外觀
![本頁使用了標題或全文手工轉換](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/cd/Zh_conversion_icon_m.svg/35px-Zh_conversion_icon_m.svg.png)
熱力學 |
---|
![]() |
在平衡熱力學中, 態函數[1][2](英語:state function)又稱狀態函數、熱力學函數[3][4](thermodynamic function),是描述系統熱力學狀態的宏觀物理性質的函數。處於平衡狀態的熱力學系統,各宏觀物理量具有確定的值,並且這些物理量僅由系統所處的狀態所決定,與達到平衡態的過程無關。決定物質狀態的物理量被稱為狀態函數。其中包含了「熱力學勢」,熱力學勢特指下面提到的四個具有能量因次的熱力學函數。
熱力學系統的狀態函數一般存在一定的相互依存關係。如理想氣體的狀態方程式中,可以任意選取其中的兩個狀態函數為獨立變量,而把其他的統計量看作它們的函數。熱力學函數之間的依存關係具有普適性。
簡單系統的的熱力學函數
[編輯]簡單熱力學系統(如量子、經典氣體系統)一般具有以下熱力學函數,可以任意選取其中兩個作為獨立變量: 量綱(單位)不是能量的熱力學函數
物理量 | 符號 | 單位 |
---|---|---|
體積 | V | m3 |
壓強 | P | Pa和atm |
溫度 | T | K和℃ |
熵 | S | J/(mol·K) |
物理量 | 符號 | 單位 |
---|---|---|
內能 | U | J |
焓 | H | J |
吉布斯能 | G | J |
亥姆霍茲自由能 | F | J |
熱力學勢
[編輯]上面給出的熱力學函數中,後四個具有能量的因次,單位都為焦耳,這四個量通常稱為「熱力學勢」。
內能 | 有時也用E表示 | |
亥姆霍茲自由能 | 也常用F表示 | |
焓 | ||
吉布斯能 |
其中,
具有 廣義力 和 廣義位移 熱力學系統, 內能的微分式可從熱力學第一定律得知:
公式內的U、S和V是熱力學的狀態函數,也可用於非平衡、不可逆的過程。
其餘三個熱力學勢可經由 勒壤得轉換 (Legendre transform)轉換自變數而得到。
通過對以上微分表達式求偏導,可以得到T,S,P,V四個變量的偏導數間的「麥氏關係」
相關條目
[編輯]參考
[編輯]延伸閱讀
[編輯]- 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. (原始內容存檔 (PDF)於2017-08-14).
- Reichl, Linda E. A modern course in statistical physics 2 ed. London: Wiley. 1998. ISBN 0-471-59520-9.
- 華彤文等 《普通化學原理》第三版 2005 ISBN 7-301-09213-X/O 0654