Термодинамичните функции (термодинамични потенциали) - характерна черта в термодинамиката. която намалява в процесите на равновесие, които се появяват при постоянни съответните стойности на независими параметри е полезно външен работа.
Терминът е въведен от Пиер Duhem Гибс в писанията си той използва термина "основни функции".
Разпределяне на следните термодинамични потенциали:
- вътрешна енергия
- ентропия
- енталпия
- Свободна енергия на Хелмхолц
- потенциал на Гибс
- грандиозен потенциал
Вътрешната енергия
Когато системата е приложена към количество топлина DQ, поради тази топлина, както е показано по-горе в Пример цикъл на Карно може да бъде изпълнена само определена работа DW, така че част от получената система губи топлинна енергия. Тези две стойности, като цяло, не е същото и затова системата или губи или приходи енергия, равна на тяхната разлика. Предполагаме, че тази енергия разлика е системата под формата на така наречената вътрешен енергиен Е. След последното ще се увеличи от Е до (Е + DE), и
където DQ и DW - безкрайно стъпки.
Най-общо казано, на стъпки DQ и DW не са независими (защо те са посочени тук чрез г, за разлика от нарастването DE). Така, абсорбция на топлина обикновено е съпроводено с промяна на обема и следователно ефективността на работа спрямо външното налягане. И обратното, ако е разрешено удължаване, това обикновено е съпроводено от поглъщане на топлина, изтеглени от околната среда. Всички ограничения, наложени от реалността на системата, не може напълно да изключи такова взаимодействие, но психически можете да си представите перфектната топлоизолация (DQ = 0) или да спазват стриктно условията на постоянен обем (DW = 0), както и в теоретична механика въвежда понятието идеално гладка и перфектни твърди частици. Само при идеални условия, когато DQ и DW са независими един от друг, DQ на нарастване или DW може да се разглежда като общо диференциал, докато тяхната разлика де винаги е такъв.
Топлинната енергия DQ ", които не могат да бъдат превърнати в работа, е пропорционална на ниска температура Т, така че може да напише DQ '= TDS, където DS - ентропия увеличение на системата S. Както Е, стойността на S е характеристика на системата, така че ние означаваме да увеличи стойноста на буквата г, а не г.
Обозначаващ DW работа, която може да бъде получена от DQ на топлина, можете да напишете
Ако операционната тялото в резултат на термодинамичен процес не се връща към първоначалното си състояние, голяма част от енергията, изглежда, че е безполезен по отношение на извършване на работа, както и на вътрешната енергия се увеличава с съответната разлика де. Увеличаването на вътрешната енергия може да се прояви в промяна на състоянието на работния флуид, например промяна от твърдо в течно състояние (топене) или от течност в газ (изпаряване). Тази топлинна енергия се нарича топлина на стапяне и топлина на изпарение, съответно. Повишаване на вътрешната енергия може да се дължи на химични промени (дисоциация руптура облигации), а дори и с ядра дивизия.
Ако енергията на системата се променя възникне при постоянно налягане, а след това, тъй като тя се появява, функцията
Той дава възможност да се получи по-семпъл и елегантен вид на уравненията, описващи различните процеси. Факт е, че ние можем да напиша малка промяна в състоянието на системата
Следователно, ако процесът се провежда при постоянно налягане (DP = 0), тогава уравнението
Безплатна енергия
В условия изотермични (DT = 0) повече от Н, а другият е полезен термодинамична функция:
Същите изчисления, както в случая на енталпията. получаване DF = DW. Преди това, стойността на F е най-Хелмхолц свободната енергия, тъй като това е първият Хелмхолц посочи важността му, но сега се нарича просто свободната енергия.
потенциал на Гибс
В случаите, в които може да промените, а температурата и налягането. по-общата функция
Тази функция се понякога се нарича пълен термодинамичен потенциал или полезна енергия, но сега тя се нарича Гибс потенциал или Гибс енергия и обозначен G символ на име Dzh.Gibbsa (1839-1903). Както ще бъде показано по-долу, предоставена от термодинамичните функции ви позволяват да се определят условията, необходими за баланс.
В случай на увеличаване на налягането от малко количество DP в системата се поддържа при постоянна температура (DT = 0), потенциалът Гибс ще увеличи количеството ГД, и скоростта на нарастване, или <чувствительность> G Гибс промени потенциал налягане, се дава от термодинамичната израз за обема на системата
където частичното символ производно показва, че промяната настъпва при постоянни стойности на всички други параметри (в този случай температурата Т).
По същия начин, чувствителността на потенциала Gibbs на промени в температурата (при постоянно налягане) е мярка за ентропията на системата:
и това уравнение може да се разглежда като още една дефиниция на ентропията.
Връзката между термодинамичните функции
Стойностите E, H, F и G имат измерение на енергия, както и всяка трима от тях може да се изрази чрез четвъртата. Ако DW = PDV, след това, може да бъде Н, F и Е са изразени по отношение на G:
Ако приемем, че е само функция на G, а след това на независимите променливи ще бъде достатъчно да се разгледа само на P и T, което е почти винаги по най-удобния. Ако, обаче, като единствената функция, за да изберете Е, тогава най-удобния от математическа гледна точка, ще бъде независим променливи V и Т или V и S, но последната от тях, очевидно, не е много удобно за преки измервания.
отношения на Максуел
Разнообразяване на уравнение, свързано термодинамична функция помежду си и ангажиране на други основни закони, е възможно да се извлекат някои важни отношения между такива функции.
Уравнения-добро изясняване на физически смисъла на функция Е, Н, F и G, поради тяхната по-често променливи V, Т и P. Уравнението (26), както вече бе споменато, осигурява друго тълкуване на ентропията S използвайки функция F или G.
Dzh.Maksvell (1831-1879) дава следните важни отношения между променливите V, Т, Р и S:
Когато - коефициент на термично разширение. на единица обем при постоянно налягане, т.е. (1 / V) (V / T) P. и К - изотермично свиваемост - (1 / V) (V / P) Т.
Свързани статии