
【化】 thermodynamic functions
热力学函数(Thermodynamic Functions)是描述系统热力学状态的核心物理量,具有明确的汉英对应关系及物理意义。以下是关键热力学函数的详细解释:
热力学函数又称状态函数(State Functions),其数值仅取决于系统当前状态,与变化路径无关。主要分为四类:
内能(Internal Energy, U)
系统内部所有微观粒子动能与势能之和,满足热力学第一定律:
$$Delta U = Q - W$$
其中 (Q) 为吸热量,(W) 为系统对外做功。
焓(Enthalpy, H)
定义为 (H = U + PV)((P) 为压强,(V) 为体积),表征恒压过程的能量变化。
应用:化学反应热效应(如 (Delta H < 0) 为放热反应)。
亥姆霍兹自由能(Helmholtz Free Energy, A)
公式 (A = U - TS)((T) 为温度,(S) 为熵),用于判断恒温恒容过程的自发方向((Delta A leq 0) 自发)。
吉布斯自由能(Gibbs Free Energy, G)
公式 (G = H - TS),决定恒温恒压过程的自发性((Delta G < 0) 自发)。
应用:化学平衡常数计算((Delta G^circ = -RT ln K))。
函数 | 英文名称 | 定义式 | 适用过程 |
---|---|---|---|
内能(U) | Internal Energy | (U) | 绝热过程 |
焓(H) | Enthalpy | (H = U + PV) | 恒压过程 |
亥姆霍兹能(A) | Helmholtz Free Energy | (A = U - TS) | 恒温恒容过程 |
吉布斯能(G) | Gibbs Free Energy | (G = H - TS) | 恒温恒压过程 |
熵(Entropy, S) 是衡量系统无序度的状态函数,定义为:
$$dS = frac{delta Q{text{rev}}}{T}$$
其中 (delta Q{text{rev}}) 为可逆过程热量。热力学第二定律指出:孤立系统熵永不减少((Delta S_{text{孤立}} geq 0))。
权威参考来源:
热力学函数是描述热力学系统状态的物理量,它们通过数学关系反映系统的能量、有序性及演化方向。以下是核心热力学函数及其解释:
内能(U)
系统内部所有微观形式能量的总和,包括分子动能、势能等。满足热力学第一定律:
$$Delta U = Q - W$$
其中Q为吸热量,W为系统对外做功。
焓(H)
等压过程的核心函数,定义为:
$$H = U + PV$$
其变化量$Delta H$直接等于等压条件下的吸热量。
熵(S)
表征系统无序度的状态函数,热力学第二定律指出:
$$Delta S_{text{总}} geq 0$$
孤立系统熵永不减少。
亥姆霍兹自由能(F)
适用于等温等容过程:
$$F = U - TS$$
系统自发向F减小的方向演化。
吉布斯自由能(G)
等温等压过程的判据:
$$G = H - TS$$
$Delta G < 0$时过程自发进行,常用于化学反应方向判断。
这些函数构成了热力学分析的基础工具,在工程热力学、化学平衡、相变研究中具有关键应用价值。选择具体函数时需根据系统约束条件(如恒压/恒容)决定。
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