《热力学函数及应用》PPT课件

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1、第四章热力学函数及其应用热力学函数基本热力学函数：内能U熵S辅助热力学函数：自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能二、最大功原理三、平衡判据4-1自由能焓吉布斯自由能4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能热力学基本方程1、自由能说明：a、自由能是态函数，具有能量的量纲.b、可逆等温过程中：自由能的物理意义—可逆等温过程中系统对外做的功等于系统自由能的减少。c、不能变成功而束缚在系统的能量，称为束缚能。系统总能量等温过程中对外做功的能量4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能热力学基

2、本方程1、自由能2、焓说明：a、焓是态函数，具有能量的量纲.b、当时，可逆等压过程中：焓的物理意义—4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能热力学基本方程1、自由能2、焓3、吉布斯自由能4-1自由能焓吉布斯自由能2、焓3、吉布斯自由能说明：a、吉布斯自由能是态函数，具有能量的量纲.b、可逆的等温、等压过程中：吉布斯自由能的物理意义—可逆等温、等压过程中系统对外做的非膨胀功等于系统吉布斯自由能的减小。c、吉布斯自由能又称为自由焓。相对于不可逆等熵过程，可逆等熵过程中系统所做的功最大。焓自由能二、最大功定理内能

3、1、等熵过程：2、等温过程：3、等熵、等压过程：4、等温、等压过程：4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能吉布斯自由能对于绝热系统，有自发过程进行的方向和平衡判据可以作为孤立系统是否达到平衡的判据，称为熵判据。孤立系统，也必然是绝热系统，上式表明，孤立系内自发进行的与热现象有关的不可逆过程，总是沿着熵增加的方向进行的，达到平衡时，系统的熵将达到最大值，即这种系统发生不可逆等熵过程时，内能达到最小意味者系统达到平衡态，即：焓自由能二、最大功定理内能4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能吉布斯

4、自由能1、对于的系统，等熵过程：三、平衡判据2、对于的系统，等温过程：3、对于的系统，等熵、等压过程：自由能判据焓判据许多热力学过程（如化学反应、相变）均是在大气压下（等温等压系统）进行，因此这个判据具有特殊的重要意义。在不同的条件下，系统的平衡态与内能、自由能、焓、自由焓的最小值相对应，如同在重力场中物体达到平衡时势能取最小值一样，由于这一原因，它们被称做热力势。自由焓4、对于的系统，等温、等压过程：自由焓判据焓自由能二、最大功定理内能4-1自由能焓吉布斯自由能一、自由能、焓、吉布斯自由能吉布斯自由能三、平衡判据四、理

5、想气体的自由能和自由焓自学对于均匀封闭且只有膨胀功的系统（纯物质系统）其性质可以用四个函数表示：1、内能2、焓3、自由能4、吉布斯自由能一、麦克斯威关系其中任意一个都可以看作是中任意两个的函数，中任何一个量，都可以表示为另外两个量的函数。4-2麦克斯威关系及其应用1）内能变化3）自由能的变化2）焓的变化4）自由焓的变化设想一系统从一个平衡态经过一个无限小的可逆过程到另外一个平衡态，则由全微分同理由其他三个微分式可以得到另外三个麦克斯威关系麦克斯威关系式给出了四个变量的偏导数之间的关系，利用这种关系，可以把一些不能直接从实

6、验测量的物理量表达出来。二、麦克斯威关系的应用如果选择T和V为独立变量1、熵的计算熵的第一计算公式为利用选择T和P为独立变量熵的第二计算公式为熵的第三计算公式为如果选择P和V为独立变量熵的第一计算公式为熵的第二计算公式为熵的第三计算公式为（1）、（2）、（3)三式都是熵的计算公式,如果已知系统的状态方程,容易计算出系统的熵.例1:求以T、V为变量时理想气体熵函数的表达式代入（1）式解：对于理想气体有热力学函数基本热力学函数内能U;熵S辅助热力学函数：自由能焓自由焓Maxwell关系式：Maxwell关系的图形记忆法熵的三

7、个计算公式为附录：几个重要的数学关系式给定四个变量x、y、z和w，且f(x,y,z)=0，w是变量x,y,z中任意两个的函数，则有2、内能的计算如果以T和V为独立变量适用于：均匀可压缩封闭系统。例：计算1摩尔范得瓦耳斯气体的内能解：积分上式，3、定容热容量与定压热容量之间的关系构建一个复合函数3、定容热容量与定压热容量之间的关系通过状态方程可求CV！正是第二章我们所熟知的结果。例:1摩尔的理想气体麦克斯威关系2和等压体积膨胀系数、等容压强系数、等温压缩系数的定义式P234、求焦耳系数表示气体在自由膨胀时，温度对体积的依赖

8、关系。范得瓦耳斯气体：理想气体理想气体自由膨胀后温度不变。说明范得瓦耳斯气体自由膨胀后温度将降低。5、求Maxwell关系式4只要从实验上测定了均匀物质系统的物态方程和CP，则一切热力学函数都可以计算出来！4-3特性函数：吉布斯—亥姆霍兹方程T、V：独立参量F：特性函数吉布斯—亥姆霍兹第一方程U、F关系式？F=U-T