态函数

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平衡熱力學英语Equilibrium thermodynamics中, 态函数[1][2](英語:state function)又称狀態函數热力学函数[3][4](thermodynamic function),是描述系统热力学状态的宏观物理性质函数。处于平衡状态的热力学系统,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。

熱力學系统的狀態函数一般存在一定的相互依存关系。如理想氣體狀態方程式中,可以任意选取其中的兩個狀態函數為独立变量,而把其他的統計量看作它们的函数。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、古典氣體系統)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: 量綱(單位)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)

量綱(單位)是能量的熱力學勢

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 廣義力廣義位移 熱力學系統, 內能的微分式可從熱力學第一定律得知:

公式內的U、S和V是熱力學的狀態函數,也可用於非平衡、不可逆的過程。

其餘三個熱力學勢可經由 勒壤得轉換 (Legendre transform)轉換自變數而得到。

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

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参考

  1. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始内容存档于2023-08-20). 
  2. ^ https://terms.naer.edu.tw/detail/5117f84975993e140b213f5224e26f8b/?seq=5
  3. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始内容存档于2023-08-20). 
  4. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始内容存档于2023-08-20). 

延伸阅读