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热力学基本方程解析
已有 14320 次阅读 2021-4-18 17:52 |系统分类:教学心得 热力学基本方程是重要的热力学教学内容,一些重要的热力学结论可直接由热力学基本方程推导得到。 本文拟根据已有的能量传递形式,重新构建热力学基本方程,明确热力学基本方程每一项的物理意义并进一步解析有效功。 热力学第一定律 设一封闭系统由“状态1→状态2”,该过程的热力学能变为热量、体势变及有效功之和,即: dU=δQ+δWV+δW' 又因为:δQ≡T▪dS, δWV=-p▪dV, 分别代入上式可得:dU=T▪dS-p▪dV+δW' (1) 式(1)即为热力学第一定律。 2. 热力学基本方程 将“H=U+pV, G=H-TS, A=G+(-pV)”依次代入式(1)可得: dH=T▪dS+V▪dp+δW' (2) dG=-S▪dT+V▪dp+δW' (3) dA=-S▪dT-p▪dV+δW' (4) 式(1)、(2)、(3)及(4)通称热力学基本方程。 3. 热力学基本方程解析 由热力学基本方程可得: (a)内能变由热量、体势变及有效功构成; (b)焓变等于“热量-压势变+有效功”; (c)吉布斯能变等于“有效功-温势变-压势变”; (d)亥姆霍兹能变等于“体势变+有效功-温势变” 4.有效功 由热力学基本方程可得: (e)dS=0, dV=0, 则:δW'=dU; (f)dS=0, dp=0, 则:δW'=dH; (g)dT=0, dp=0, 则:δW'=dG; (h)dT=0, dV=0, 则:δW'=dA; 式(e)、(f)、(g)及(h)显示:不同条件下,有效功表现形式不同;恒温恒压下有效功即为吉布斯能变(可由原电池证实),表明有效功普遍存在于化学反应及相变之中。 5. 结论 (1)热力学基本方程表达式如下: dU=T▪dS-p▪dV+δW' dH=T▪dS+V▪dp+δW' dG=-S▪dT+V▪dp+δW' dA=-S▪dT-p▪dV+δW' (2)热力学基本方程中每一项都有明确的物理意义; (3)恒温恒压下,有效功等于△G,表明有效功普遍存在于化学反应及相变之中。 备注:新建立的热力学基本方程中化学势及表面张力均未出现,同时热力学基本方程与可逆过程无关。这些问题均将在后续博文中说明。 https://blog.sciencenet.cn/blog-3474471-1282621.html 上一篇:能量传递形式下一篇:熵增原理与热力学第二定律 收藏 IP: 27.18.65.*| 热度| |
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