余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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“dU=TdS-pdV”的热力学不同解读

已有 1137 次阅读 2024-11-1 16:12 |系统分类:教学心得

       环境不提供有效功前提下,对于单纯的pVT变化,一般认为热力学基本方程“dU=TdS-pdV”成立.

      本文拟介绍平衡态热力学及准静态过程假说对该公式的不同解读,供参考.

 1. 平衡态热力学

   1.1 可逆过程

      对于单纯的pVT变化的可逆过程,平衡态热力学认为:

      δQ=T·dS             (1)

      δWT=-p·dV         (2)

      式(2)中“WT”代表体积功,下同.

      则热力学基本方程“dU=TdS-pdV”表示微小热力学过程的热力学能变(dU)等于热量(δQ)与体积功(δWT)

之和. 也可将“dU=TdS-pdV”视为热力学第一定律,或能量守恒定律.

  1.2 不可逆过程

      对于单纯的pVT变化的不可逆过程,热力学基本方程“dU=TdS-pdV”仍成立;且T·dS”与“-p·dV

数值也存在,但没有物理意义.

 2.准静态过程假说

       准静态过程假说将所有热力学过程的实现方式均指定为准静态过程;即要求①在热力学过程的任一瞬间,

系统均无限小的偏离平衡,并随时可恢复平衡;②热力学过程的驱动力无限小,速率无限缓慢;③热力学过程

函数数学上连续、无间断,且可积可微.

       对于准静态过程的元熵过程[1]满足:

        δQ=T·dS             (3)

       δWV=-p·dV         (4)

       式(4)中“WV”代表体势变,下同.

       则热力学基本方程“dU=TdS-pdV”表示微小热力学过程的热力学能变(dU)等于热量(δQ)与体势变(δWV)

之和. 准静态过程假说也将“dU=TdS-pdV”视为热力学第一定律,或能量守恒定律.

       需指出:准静态过程的特殊规定,及将热力学能变划分为若干彼此独立的能量传递形式,为准静态过程假

说中热力学基本方程的积分运算奠定了坚实的数学基础.

参考文献

[1]余高奇. 热力学第一定律研究. 科学网博客, 2021,8.



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