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热力学能也称内能,通常是指系统内部所含的总能量。
热力学能是系统的热力学属性(状态函数), 单位为kJ·mol-1,由于系统内部质点间相互作用复杂,热力学能的绝对值不可知。
热力学体系一直存在多个具有“kJ·mol-1”能量单位的意义不明确的物理量,诸如:焓(H)、Gibbs函数(G)、亥姆霍兹函数(A)等。能否建立一个热力学能结构体系,将热力学出现的具有能量量纲的物理量有机联系在一起?
1. 热力学能(U)
令:(1)
式(1)中,"TS"称热能;"-pV"称功能;"G"为Gibbs能。式(1)表明系统的热力学能是由热能、功能及Gibbs能共同构成,热能、功能及Gibbs能均是系统热力学能的组成部分,也可称为热力学“衍生能”。
2. 焓(H)
令:(2)
式(2)显示焓是由热能及Gibbs能构成,它是热力学能的一部分。
3. 亥姆霍兹能(A)
令:(3)
式(3)显示亥姆霍兹能是由功能与Gibbs能共同构成,它同样也是热力学能的一部分。
4. 余能(Y)
令:(4)
式(4)显示余能是由热能与功能共同构成,余能也是热力学能的一部分。
由上可知焓(H)、亥姆霍兹能(A)及余能(Y)同样都是热力学衍生能,其中余能(Y)是一种新形式的热力学衍生能,对系统与环境间能量传递形式的研究具有一定意义。
热力学研究的是由大量微观粒子构成的宏观体系的热力学属性,往往并不关注其微观结构。将热力学能从宏观角度划分为若干部分,一方面有助于加深对热力学能的理解,另一方面也不影响其宏观热力学属性的研究。
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