
【化】 Clapeyron equation
克拉贝龙方程(Clapeyron equation)是热力学中描述纯物质两相平衡关系的核心方程,其英文对应术语为“Clapeyron equation”或“Clapeyron-Clausius equation”(克劳修斯-克拉贝龙方程)。该方程由法国物理学家埃米尔·克拉贝龙于1834年提出,后经鲁道夫·克劳修斯完善,建立了相变过程中压力与温度之间的定量关系。
克拉贝龙方程的微分形式为: $$ frac{dP}{dT} = frac{L}{TDelta V} $$ 其中:
该公式表明,当物质发生固-液、液-气等相变时,外界压力与温度的微小变化需满足上述关系以维持平衡状态。
方程适用于单组分系统的两相平衡,且假设相变潜热和体积变化为常数。对于气相体积远大于凝聚相的情况(如液-气平衡),可简化为克劳修斯-克拉贝龙方程: $$ ln P = -frac{L}{R}left(frac{1}{T}right) + C $$ 其中$R$为气体常数,这一形式广泛用于预测液体沸点随压力变化或大气中水蒸气分压的计算。
克拉贝龙方程在多个学科中具有重要价值:
克拉贝龙方程(Clapeyron Equation)在物理化学中有两种主要应用形式,需根据具体场景区分:
该方程描述单组分体系两相平衡时温度与压力的关系,适用于固-液、液-气、固-气等相变过程。其基本形式为: $$ frac{dP}{dT} = frac{Delta H_m}{T Delta V_m} $$ 其中:
应用条件:
该方程描述理想气体的状态关系,形式为: $$ PV = nRT $$ 其中:
适用场景:
类型 | 相平衡方程 | 理想气体方程 |
---|---|---|
物理意义 | 相变中温度与压力的关系 | 气体状态参数关系 |
适用范围 | 单组分两相平衡(如液-气) | 理想气体 |
公式形式 | 微分方程 | 代数方程 |
注意:实际应用中需根据问题类型选择对应方程,避免混淆。例如,计算水的沸点随压力变化时使用相平衡方程,而分析气体膨胀过程时使用理想气体方程。
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