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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吉布斯(自由)能热力学属性的三个维度

已有 376 次阅读 2025-1-2 15:36 |系统分类:教学心得

       本文拟结合准静态过程假说[1],从热力学能(U)、化学势(μ)及表面张力(γ)三个维度,探究吉布斯

能(G)的热力学属性,供参考.

 1. 热力学能维度

      热力学能,也称内能, 是指系统内部各种形式能量总和.

      准静态过程假说从宏观角度将热力学能划分为热能(TS)、功能(-pV)及吉布斯能G)三部分;参见如

下式(1)所示:U=TS+(-pV)+G             (1)

      式(1)显示:吉布斯能是能量,是热力学能的组成部分.

      对于某微小热力学过程:

      dG=-SdT+VdPW                (2)

      式(2)显示,吉布斯能的微小改变量等于“有效功-温势变-压势变”[2]

      恒温恒压条件下,dG≡δW',表明有效功普遍存在于化学反应及相变之中.

 2. 化学势维度

      均相多组分系统中,单位物质的量的B组分所拥有的吉布斯能,被称为B组分的化学势,参见如下式(3)及

(4)所示:

       μB=GB/nB                                  (3)

   image.png             (4)  

      式(3)及(4)均显示化学势μ为具有强度性质的状态函数.

      对于某微小热力学过程:

     image.png              (5)

      式(5)被称为含有化学势的热力学基本方程.

 3. 表面张力维度

      准静态过程假说认为:单位表面积某物质所拥有的吉布斯能,被称为该物质的表面张力;参见如下式(6)

所示:

      image.png            (6)

      式(6)中“As”代表某物质的表面积. 

      式(6)显示:表面张力(γ)亦为状态函数,是没有方向的标量;

      通常情况下,表面张力与物质的表面积变化无关.

      对于某微小热力学过程:

      image.png       (7)

      式(7)被称为含有表面张力的热力学基本方程.

 4. 结论

    ⑴ 恒温恒压条件下,吉布斯能变即为有效功,且普遍存在于化学反应及相变之中;

    ⑵image.png

    ⑶image.png.

 参考文献

[1]余高奇.准静态过程假说的梗概.科学网博客,2024,11.

[2]余高奇.热力学第一定律研究. 科学网博客,2021,8.



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