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态函数

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热力学中, 热力学函数(英语:State function),或称热力学参数状态函数,是描述热力学系统的宏观物理量。处于平衡态的热力学系统,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。如理想气体状态方程中,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

简单热力学系统(如量子、经典气体系统)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℃
S J/(mol·K)

量纲(单位)是能量的热力学势

物理量 符号 单位
内能 U J
H J
吉布斯能 G J
亥姆霍兹自由能 F J

热力学势

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
吉布斯能

其中,

T =温度
S =
P =压强
V =体积

具有 广义力广义位移 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。

其余三个热力学势可经由 勒让德变换 (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TSPV四个变量的偏导数间的“麦氏关系

相关条目

参考

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