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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+VdP+δW' (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)
(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:
(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:
(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:
(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;
⑵;
⑶.
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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GMT+8, 2025-1-5 07:27
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