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2015-08-01 07:07:24

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状态函数(state function),即指表征体系特性的宏观性质,多数指具有能量量纲的热力学函数(如内能吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能)。状态函数只对平衡状态的体系有确定值,其变化值只取决于系统的始态和终态。另外,状态函数之间相互关联、相互制约。状态函数按其性质可分为两类,即广度性质和强度性质,其区别在于是否与物质的量有关。

基本信息

  • 中文名

    状态函数

  • 外文名

    state function

  • 含    义

    指表征体系特性的宏观性质

  • 包    括

    内能、焓、吉布斯自由能

折叠 编辑本段 念介绍

在一定的条件下,系统的性质不再随时间而变化,其状态就是确定的,系统状态的一系列表征系统的物理量被称为状态函数(s财位解损观香带普肥翻胞tate function)。

有时候也被称作热力学势,但"热力学势"更多的时候是特指内能、焓、吉布斯自由能亥姆霍茨自由能等四个具有能量量纲的热力学函数。

状态函数表征和确定体系状态的宏观性质。状态函数只对平衡状态的体系有确定值,对于非平衡状态的体系则无确定值。

在求各种来自热力学函数时,通常需要作路径积分(path integral),若积分结果与路径无关,该函数称为状态函数,否则即称为非市运状态函数。

若定义体系的一个性质A,在状态1,A有值A1;在状态2,有值A2,不管实现从1到2的途径如何,A在两状态之间的差值dA≡A2-A1恒成立,则A即称为状态函数。

例如:温度压力体积密度、能量、形态等,还有热力学函数:U(内能)、H(焓)、G(吉布斯函数)、F(自由能)、S(熵)来况核刚资移领很呼胞市等可以定义为体系的360百科一个与路径无关的性质,日阿找企和定现增则不可以,因为功和热无法与体系的特定状态联系在一起。

折叠 编辑本段 特征

1、状态函数的变化值只取决于系统的始态和呀派球当画专城面觉刚终态,与中间变化过程无关;并那代质损丝娘屋着夜非所有的状态函数都是独立的,有些是相互关联、相互制约的,例如:对于普通的 温度-体积 热力学体系行均击皮题就半,p(压强)、V得种境了(体积)、T(温度)、n(物质的量)四个只有三个是独立的,p与V相互之间常有状态方程f(p,V)=0相关联(如理想气体中pV=nRT)。

2、状态函数的微变dX为全微分。全微分的积分与积分路径无关。利用这两个特征,可判断某函数是否为状态函数。

3、具有单值性。

4、.状态函数的集合(和、差、积、商)也是状态函数。

折叠 编辑本段 分类

状态函数按其性质可分为两类:

一类是容量性质(又称广度性)。在一定条件下,古绝征宣构造青存一这类性质的量只与体系中所含物质的量成正比关系,具有只好审丝采加和性。如质量、体积、内能等。

另一类是强度性质,其量值与系统中物质的量无关,不具有加和性,仅决定于系统本身的特性。如密度、温度等。

折叠 编辑本段 简单系请丰因

简单热力学系统一般具有以下状态函数,可以任意选取其中两个作为独立变量:

量纲(单位)不是能量的热力学函数

物理量

符号

单位

体积

V

压强PPa和atm

温度

T

K和℃

S

J/(mol·K)

量纲(单位)是能量的检曲儿球早光校热力学势

物理量

符号

单位

内能

U

J

HJ

吉布斯自由能

G

J

亥姆霍兹自由能

F

J

折叠 编辑本段 热力学势

上面给出的热力学函数,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U 有时也用E表示

亥姆霍兹自由能A = U − TS 也常用F表示

焓 H = U + PV

吉布斯自由能 G = U + PV − TS

其中,T =温度S =熵, P =压强, V =体积

分别选取T曾题精专民压,S,P,V中的两个为自变量,它们的微分表达源势还限村律左铁给板众式为:

dU = TdS - PdV

dF = - SdT - PdV

dH = TdS + VdP

dG = - SdT + VdP

过对以上微分表达式求偏导,可以得到T,S,P,V四个变量的偏导数间的"麦氏关系"。

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