热力学定律与热力学判据.pdf

1 1 热力学定律热力学定律 与热力学判据与热力学判据 2013年年10月月 2 2 2 参考书 参考书 材料热力学材料热力学 江伯鸿编著江伯鸿编著 上海 上海交通大学出版社上海 上海交通大学出版社 1999 微观组织热力学微观组织热力学 西西泽泰二泽泰二著著 郝士明译郝士明译 北京 化学北京 化学 工业出版社工业出版社 2006 金属和合金中的相变金属和合金中的相变 波特等著波特等著 陈冷陈冷 余永宁译余永宁译 北北 京 高等教育出版社京 高等教育出版社 2010 边缘奇迹边缘奇迹 相变和临界现象相变和临界现象 于渌等著于渌等著 北京 科学出北京 科学出 版社版社 2005 3 3 杨振宁杨振宁 美与物理学美与物理学 十九世纪物理学的三项最高成就是十九世纪物理学的三项最高成就是 热力学 电磁学与统计力学 热力学 电磁学与统计力学 Einstein 1949为经典热力学所写的前言中 为经典热力学所写的前言中 一个理论 如果一个理论 如果 它的前提越简单 而且能说明的各种类别的问题越多 适用的它的前提越简单 而且能说明的各种类别的问题越多 适用的 范围越广 那么它给人的印象就越深刻 因此 经典热力学给范围越广 那么它给人的印象就越深刻 因此 经典热力学给 我留下了深刻的印象 经典热力学是具有普遍内容的唯一的物我留下了深刻的印象 经典热力学是具有普遍内容的唯一的物 理理论 我深信 在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻理理论 我深信 在其基本概念适用的范围内是绝不会被推翻 的 又指出 尽管热力学结构简单 但难以捉摸 因为热力的 又指出 尽管热力学结构简单 但难以捉摸 因为热力 学的许多想法和概念都难以想象 一下子不能弄清楚 需反复学的许多想法和概念都难以想象 一下子不能弄清楚 需反复 地认识 地认识 3 4 4 什么是热力学什么是热力学thermodynamics 通过对热现象的观察实验和分析通过对热现象的观察实验和分析 总结出热现象的基本规律总结出热现象的基本规律 即热力学的四个定律即热力学的四个定律 并以此为基础并以此为基础 应用数学方法应用数学方法 通通 过逻辑演绎过逻辑演绎 得出有关物质各种宏观性质之间的关系式得出有关物质各种宏观性质之间的关系式 以以 及判断宏观物理和化学过程的方向的判据及判断宏观物理和化学过程的方向的判据 从宏观角度观察和研究物体的特性从宏观角度观察和研究物体的特性 不考虑物体内部结构不考虑物体内部结构 是一门唯象理论是一门唯象理论 由热力学不能具体导出具体物质的特性由热力学不能具体导出具体物质的特性 必须通过实验求得必须通过实验求得 一些宏观性质一些宏观性质 再根据热力学公式求出物质的具体特性再根据热力学公式求出物质的具体特性 4 5 5 1 基本概念基本概念 2 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 3 热力学第二定律和熵判据热力学第二定律和熵判据 4 自由能和自由能判据自由能和自由能判据 5 系统的热力学系统的热力学稳定性稳定性 6 热力学基本方程 热力学基本方程 Gibbs方程 方程 7 热力学函数之间的关系热力学函数之间的关系 热力学函数的定义 热力学函数的定义 1 内能 内能U 焓 焓 H 熵 熵S 自由能 自由能F 和和G 2 热容 热容 CV和和 CP 热膨胀系数热膨胀系数 P 等温压缩系数等温压缩系数 T 5 6 6 热力学研究的对象称为热力学系统热力学研究的对象称为热力学系统 简称简称系统系统system 通常是由大量微观粒子通常是由大量微观粒子 分子分子 原子或其它粒子原子或其它粒子 组成组成 的的 具有一定宏观尺度具有一定宏观尺度 能为我们感官所察觉的有限物能为我们感官所察觉的有限物 体或空间体或空间 其宏观性质具有统计规律其宏观性质具有统计规律 系统以外的其它部分称为系统以外的其它部分称为环境环境 surroundings 环境总是环境总是 指与系统有影响的局部空间或物质指与系统有影响的局部空间或物质 而不是无限的宇宙而不是无限的宇宙 空间空间 6 什么是系统什么是系统 System 基本概念基本概念 7 7 根据系统与环境之间的相互作用 系统分为 根据系统与环境之间的相互作用 系统分为 孤立系统孤立系统 isolated system 与环境既没有物质也没有能 与环境既没有物质也没有能 量交换 做功或传热 量交换 做功或传热 封闭系统封闭系统 closed system 与环境有能量交换 但没有物质 与环境有能量交换 但没有物质 交换 交换 敞开系统敞开系统 open system 与环境既有能量又有物质交换 与环境既有能量又有物质交换 绝热系统绝热系统 a system 与环境既没有物质交换也没有热能交 与环境既没有物质交换也没有热能交 换 但有非热能如电能 机械能等的交换 换 但有非热能如电能 机械能等的交换 7 基本概念基本概念 8 8 根据系统本身特点 系统分为 根据系统本身特点 系统分为 简单系统简单系统 simple system 是指那些无电磁场作用 是指那些无电磁场作用 系系 统不发生化学反应统不发生化学反应 单一组元的系统单一组元的系统 多组分系统多组分系统 multi component system 由两个或两个以 由两个或两个以 上组元构成的系统上组元构成的系统 由两个组元构成的系统称为二元系由两个组元构成的系统称为二元系 统统 如如Fe C二元系统二元系统 ZrO2 Y2O3二元系统二元系统 三个组元构三个组元构 成的系统称为三元系统成的系统称为三元系统 依次类推依次类推 均匀系统均匀系统 单相系统单相系统 homogeneous system 系统中 系统中 各部分的化学组成和物理性质完全相同各部分的化学组成和物理性质完全相同 非均匀系统非均匀系统 复相系统复相系统 heterogeneous system 系统 系统 由若干个均匀系统由若干个均匀系统 相相 组成组成 各个均匀系统之间有界面各个均匀系统之间有界面 隔开隔开 8 基本概念基本概念 9 9 9 系统宏观性质 系统宏观性质 macroscopic property 描述热力 描述热力 学系统状态的宏观物理量 学系统状态的宏观物理量 什么是热力学函数 什么是热力学函数 Thermodynamic functions 强度性质强度性质intensive properties 与系统大小 系统中所含与系统大小 系统中所含 物质的量 无关的参数 不具有加和性 物质的量 无关的参数 不具有加和性 如压力如压力 P 温度 温度T 密度 比容等密度 比容等 容量 广延 性质容量 广延 性质 extensive properties 与系统大小 物与系统大小 物 质的量 有关的参数质的量 有关的参数 具有可加性 系统的某种性质可以 具有可加性 系统的某种性质可以 是系统中各个部分性质的总和 是系统中各个部分性质的总和 如质量如质量m 体积 体积 V 内能 内能U 焓 焓H 熵 熵S 自由能 自由能F G 基本概念基本概念 10 10 系统的各宏观性质不是彼此独立 系统的各宏观性质不是彼此独立 只要确定其中少数性质 所有其它只要确定其中少数性质 所有其它 的性质也都自动确定 的性质也都自动确定 把选择为独立变量的宏观量叫做状态参量 其它宏观性质可以表达为把选择为独立变量的宏观量叫做状态参量 其它宏观性质可以表达为 这些参量的函数 这些参量的函数 力学参量力学参量 压强 压强 几何参量几何参量 体积 体积 热学参量热学参量 温度 温度 电磁参量电磁参量 电场强度 电极化强度 磁场强度 磁化强度 电场强度 电极化强度 磁场强度 磁化强度 化学参量化学参量 摩尔数 质量 粒子数 摩尔数 质量 粒子数 状态参量由系统的性质和研究问题的方便来选定 状态参量由系统的性质和研究问题的方便来选定 不同的热力学系统 所需要的独立状态参量的数目不同 独立状态变不同的热力学系统 所需要的独立状态参量的数目不同 独立状态变 量的数目也称为量的数目也称为自由度自由度f 当处于平衡态时 当处于平衡态时 f个独立变量就完全确定了系统的状态 个独立变量就完全确定了系统的状态 基本概念基本概念 11 11 系统性质的诸热力学性质不随时间而改变系统性质的诸热力学性质不随时间而改变 应同时包括以下平衡应同时包括以下平衡 PVT 系统系统 不考虑重力场不考虑重力场 电场电场 1 热平衡热平衡 thermal equilibrium 系统内各均匀部分或系统与外界温度系统内各均匀部分或系统与外界温度 相等相等 2 力学平衡力学平衡 mechanical equilibrium 系统内各均匀部分或系统与外系统内各均匀部分或系统与外 界压力相等界压力相等 3 相平衡相平衡 phase equilibrium 多相系统多相系统 物质在各相中的分布达到平物质在各相中的分布达到平 衡衡 系统内各相的组成和数量不随时间而变系统内各相的组成和数量不随时间而变 各相之间不存在物质的净各相之间不存在物质的净 转移转移 4 化学平衡化学平衡 chemical equilibrium 当有化学反应时当有化学反应时 达到平衡时达到平衡时 系统的组成不随时间而变系统的组成不随时间而变 11 什么是热力学平衡什么是热力学平衡 Thermodynamic equilibrium 基本概念基本概念 12 12 系统处在平衡态时系统处在平衡态时 系统的宏观性质不再随时间而变系统的宏观性质不再随时间而变 描描 述各种宏观性质的物理量数值具有确定值述各种宏观性质的物理量数值具有确定值 物理参量的集物理参量的集 合可以用来描述热力学系统的状态合可以用来描述热力学系统的状态 系统的宏观性质决定于系统的状态系统的宏观性质决定于系统的状态 其变化只取决于系统其变化只取决于系统 的初始和终了状态的初始和终了状态 改变量与系统经历的过程无关改变量与系统经历的过程无关 具有具有 这种特性的物理量称为状态函数这种特性的物理量称为状态函数 状态函数的改变量在数状态函数的改变量在数 学上对应全微分学上对应全微分 12 基本概念基本概念 13 13 热力学过程 热力学系统状态发生变化时的经历 热力学过程 热力学系统状态发生变化时的经历 等容过程 等容过程 系统体积保持不变的过程 系统体积保持不变的过程 等温过程等温过程 系统的温度始终保持不变的过程 系统的温度始终保持不变的过程 等压过程 等压过程 系统的压强始终保持不变的过程 系统的压强始终保持不变的过程 绝热过程 绝热过程 系统在和外界无热量交换 与外界通过做功系统在和外界无热量交换 与外界通过做功 方式交换能量 的条件下进行的过程 方式交换能量 的条件下进行的过程 循环过程 循环过程 系统在经历一系列变化后又回到初始状态的系统在经历一系列变化后又回到初始状态的 整个过程进行的过程 整个过程进行的过程 基本概念基本概念 14 14 14 1 不可逆过程 不可逆过程 系统从状态系统从状态A变为状态变为状态B 如果使系统进行逆向变化如果使系统进行逆向变化 系统从状态系统从状态B恢复到状态恢复到状态A 外界不能恢复原状外界不能恢复原状 2 可逆过程 可逆过程 系统从状态系统从状态A变为状态变为状态B 如果使系统进行逆向变化如果使系统进行逆向变化 系系 统从状态统从状态B恢复到状态恢复到状态A 外界也各恢复原状外界也各恢复原状 即过程所产生的影响可以即过程所产生的影响可以 消除消除 3 自发过程 自发过程 无需无需外力自动发生的过程外力自动发生的过程 自发过程的逆过程是不能自动自发过程的逆过程是不能自动 进行进行 需要借助外力需要借助外力 可逆过程是以无限小的变化进行可逆过程是以无限小的变化进行 整个过程是由一系列无限接近平衡的整个过程是由一系列无限接近平衡的 状态构成状态构成 如果使外界条件改变无穷小的量如果使外界条件改变无穷小的量 这个过程就可以反向进行这个过程就可以反向进行 使系统和外界同时完全复原使系统和外界同时完全复原 处于平衡态的系统内发生的任何过程都是可逆过程处于平衡态的系统内发生的任何过程都是可逆过程 不可逆过程可以是自发过程不可逆过程可以是自发过程 也可以是依靠外力也可以是依靠外力 环境对系统做功环境对系统做功 进进 行的非自发过程行的非自发过程 自发过程发生后自发过程发生后 逆过程逆过程 不可能使体系和环境都恢复到原来状态而不可能使体系和环境都恢复到原来状态而 不留痕迹不留痕迹 故故自发过程是不可逆过程自发过程是不可逆过程 基本概念基本概念 15 15 15 QdUW dUQW 在系统状态变化的某一过程 系统从外界吸收的热量等于在系统状态变化的某一过程 系统从外界吸收的热量等于 系统内能的增加和系统对外界做的功之和 系统内能的增加和系统对外界做的功之和 第一定律描述了在任意系统的任何过程 系统内能第一定律描述了在任意系统的任何过程 系统内能 U U 的的 变化与做功变化与做功 W W 热传递 热传递 Q Q 的关系 的关系 能量守恒定律能量守恒定律 QUW UQ W 21 UUU Q W 状态状态1 状态状态2 2 U 1 U Q W 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 16 16 17 17 17 内能内能 internal energy U J mol 系统内质点系统内质点 原子原子 分子分子 电子等电子等 动能和势能的总和动能和势能的总和 传热与热量 传热与热量 heat Q J mol 传热是系统与外界或两个物体之间存在温差而引起能量传传热是系统与外界或两个物体之间存在温差而引起能量传 递的一种方式 递的一种方式 传热过程所传递的能量叫热量 热量是通过大量微观粒子传热过程所传递的能量叫热量 热量是通过大量微观粒子 的的无序运动而传递的能量 无序运动而传递的能量 做功和功 做功和功 work W J mol 除热以外的其它各种形式被传递的能量都叫功 除热以外的其它各种形式被传递的能量都叫功 做功是通过大量微观粒子的机械有序运动传递能量的过程 做功是通过大量微观粒子的机械有序运动传递能量的过程 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 18 18 功和热与过程有关 不是系统的状态函数 功和热与过程有关 不是系统的状态函数 功与热不可能直接转换 总是通过系统来完成的 功与热不可能直接转换 总是通过系统来完成的 18 除体积功以外的功称为有效功 除体积功以外的功称为有效功 W W jj j WfdLEdqdAdn 2 1 V V WPdVW 有效功 体积功体积功 压力压力 体积的改变 体积的改变 电功电功 外电势外电势 通过的电量 通过的电量 机械功机械功 力力 距离的改变 距离的改变 表面功表面功 表面张力表面张力 面积的改变面积的改变 有效功体积功WWW e 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 19 19 QdUPdV QUP V 19 只作体积功只作体积功 第一定律为第一定律为 dUQPdV UQP V 焓或热函焓或热函 enthalpy H J mol HUPV 2121 2211 21 QUP V UUPVPV U PV U PV H H 定义定义 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 20 20 对于凝聚态系统 对于凝聚态系统 PV项相对于项相对于U非常小 系统的焓近似等非常小 系统的焓近似等 于内能 于内能 20 UH 等压条件 系统所吸收的热量全部用于使系统的焓增加 等压条件 系统所吸收的热量全部用于使系统的焓增加 PP QUP VHQdUPdVdH VV QUQdU 等压等容条件 系统所吸收的热量全部用于使系统的内能增加 等压等容条件 系统所吸收的热量全部用于使系统的内能增加 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 21 21 21 21 QQ C TTT 等压热容等压热容 等容热容等容热容 等容条件 内能随温度的变化率等容条件 内能随温度的变化率 P p P QH C TT V V V QU C TT 等压条件等压条件 焓随温度的变化率焓随温度的变化率 系统温度从系统温度从T1升高到升高到T2所吸收的热量所吸收的热量 TT CQ 12 热容热容 heat capacity 系统温度升高系统温度升高1K所吸收的热量 所吸收的热量 比热容 比热容 J K mol 单位质量 单位质量 1mol 物质的热容 物质的热容 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 在等温等压条件下 化学反应或相变过程系统所吸收或释放的热量为系统在等温等压条件下 化学反应或相变过程系统所吸收或释放的热量为系统 的焓变 的焓变 反应热 生成热 燃烧热 相变 焓 潜热反应热 生成热 燃烧热 相变 焓 潜热 22 11 dd TT PP P TT H QHCTT T 22 11 dd TT VV V TT U QUCTT T 22 2 P PV TPT VUV CCPT VT 等温压缩系数等温压缩系数 compressibility 等温条件下 系统压等温条件下 系统压 力变化一个单位时 系统体积的相对变化力变化一个单位时 系统体积的相对变化 TT P V V 1 1 PP V VT 热膨胀系数热膨胀系数 thermal expansion coefficient 等压条件下 等压条件下 系统温度升高系统温度升高1K 系统体积的相对变化 系统体积的相对变化 热力学第一定律和焓热力学第一定律和焓 23 23 23 1 克劳修斯 克劳修斯 不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起 其它变化其它变化 热可以从高温物体传入低温物体热可以从高温物体传入低温物体 热传导的不可热传导的不可 逆性逆性 2 开尔文 开尔文 不可能从单一热源取出热使之完全变为功不可能从单一热源取出热使之完全变为功 而不而不 发生其它变化发生其它变化 摩擦生热摩擦生热 功转变为热的不可逆性功转变为热的不可逆性 3 克劳修斯不等式克劳修斯不等式 第二定律的普遍表达式第二定律的普遍表达式 T Q S T Q dS 封闭系统可逆过程的熵变等于热温熵 不可逆过程的熵变大封闭系统可逆过程的熵变等于热温熵 不可逆过程的熵变大 于热温熵 于热温熵 根据克劳修斯不等式可以判断过程的可逆性根据克劳修斯不等式可以判断过程的可逆性 等式表示可逆等式表示可逆 过程 不等式表示不可逆过程 过程 不等式表示不可逆过程 热力学第二定律和熵判据热力学第二定律和熵判据 24 24 绝热条件绝热条件 若过程可逆若过程可逆 系统的熵不变系统的熵不变dS 0 若过程不可逆 若过程不可逆 系统的熵系统的熵 值增加值增加dS 0 系统不可能发生导致熵减少的变化 系统不可能发生导致熵减少的变化 绝热条件 系统内所绝热条件 系统内所进行的一切自发过程总是沿着熵增大的方向进行进行的一切自发过程总是沿着熵增大的方向进行 当当 达到平衡态 系统的熵具有最大值 达到平衡态 系统的熵具有最大值 熵最大值原理熵最大值原理 趋于平衡态的过 趋于平衡态的过 程使系统的熵增加程使系统的熵增加 熵增原理 熵增原理 处于平衡态的孤立系统内发生的任何过程都是可逆过程 熵变等于零处于平衡态的孤立系统内发生的任何过程都是可逆过程 熵变等于零 dS 0 第二定律给出了第二定律给出了绝热绝热条件下条件下系统变化过程系统变化过程所遵守的所遵守的的方向性和限度 平的方向性和限度 平 衡态 的热力学判据衡态 的热力学判据 熵增原理和熵最大值原理 熵增原理和熵最大值原理 过程方向性规律过程方向性规律 和平衡条件 和平衡条件 孤立系统或封闭系统的绝热条件孤立系统或封闭系统的绝热条件 QQ SdS TT QQ SdS TT 00 00 SdS SdS 0Q 热力学第二定律和熵判据热力学第二定律和熵判据 不可逆过程不可逆过程 可逆过程可逆过程 25 25 熵是系统内分子热运动无序性的一种量度 对应于系统某一宏观态所对熵是系统内分子热运动无序性的一种量度 对应于系统某一宏观态所对 应的应的微观状态数微观状态数 对于均匀系统任一宏观态对于均匀系统任一宏观态 都有一定的可能微观态与之对应都有一定的可能微观态与之对应 因此有一因此有一 定的熵值定的熵值 非均匀非均匀系统的熵是各个均匀部分熵的总和系统的熵是各个均匀部分熵的总和 25 1212 1212 lnlnln SSS SkkkSS 熵熵 Entropy S J K mol lnSk 2 玻尔兹曼公式 玻尔兹曼公式 L Boltzmann 1877 1 克劳修斯定义 克劳修斯定义 根据可逆过程的热温商定义熵 根据可逆过程的热温商定义熵 Q S T Q dS T R J E Clausius 1865 热力学第二定律和熵判据热力学第二定律和熵判据 26 26 00dTdV 26 Q SQUW T T SUW WUT S WUT S WUTS WF 亥姆霍兹自由能亥姆霍兹自由能 功函功函 Helmholtz free energy J mol FUTS 等温等容 无体积功等温等容 无体积功 自由能与自由能判据自由能与自由能判据 定义定义 Q dSQdUW T TdSdUW WdUTdS WdUTdS Wd UTS WdF 27 27 27 等温等容条件等温等容条件 无体积功无体积功 不可逆过程系统所做的最大不可逆过程系统所做的最大有效功有效功小于系统小于系统 自由能自由能F的减少 可逆过程系统所能做的最大的减少 可逆过程系统所能做的最大有效功有效功等于系统自由能等于系统自由能F的的 减少减少 等温等容条件等温等容条件 系统不做有效功系统不做有效功 若过程可逆若过程可逆 系统的自由能系统的自由能F不变不变 dF 0 若过程不可逆 若过程不可逆 系统的自由能减少系统的自由能减少dF 0 系统不可能发生自由能 系统不可能发生自由能 F增加的变化增加的变化 等温等容条件等温等容条件 系统中发生的自发过程总是朝自由能系统中发生的自发过程总是朝自由能F降低的方向进行降低的方向进行 系统平衡态是系统自由能系统平衡态是系统自由能F最小的状态最小的状态 趋于平衡态的过程使系统的自由趋于平衡态的过程使系统的自由 能能F降低降低 处于平衡态的系统所发生的任何过程都是可逆过程处于平衡态的系统所发生的任何过程都是可逆过程 自由能自由能F变化等于零变化等于零 dF 0 WdF WdF 不可逆过程不可逆过程 可逆过程可逆过程 自由能与自由能判据自由能与自由能判据 等温等容条件 系统不做有效功等温等容条件 系统不做有效功 0W 0 0 dF dF 28 28 28 Q dSQdUWPdV T TdSdUWPdV WTdSdUPdV Wd UPVTS Wd HTS WdG GHTS 吉布斯自由能吉布斯自由能G 自由焓自由焓 Gibbs free energy J mol 等温等压 有体积功等温等压 有体积功 00dTdP 自由能与自由能判据自由能与自由能判据 Q SQUWP V T T SUWP V WT SUP V WUPVTS WHTS WG 定义定义 29 29 29 不可逆过程不可逆过程 可逆过程可逆过程 自由能与自由能判据自由能与自由能判据 等温等压条件 系统等温等压条件 系统 不做有效功不做有效功 0W 0 0 dG dG WdG WdG 等温等压条件等温等压条件 不可逆过程系统所做的最大不可逆过程系统所做的最大有效功有效功小于系统自由能小于系统自由能G的减的减 少 可逆过程系统所能做的最大少 可逆过程系统所能做的最大有效功有效功等于系统自由能等于系统自由能G的减少的减少 等温等容条件等温等容条件 系统不做有效功系统不做有效功 若可逆过程若可逆过程 系统的自由能系统的自由能G不变不变 dG 0 若过程不可逆 若过程不可逆 系统的自由能系统的自由能G减少减少dG 0 系统不可能发生自由 系统不可能发生自由 能能G增加的变化增加的变化 等温等容条件等温等容条件 系统中发生的自发过程总是朝自由能系统中发生的自发过程总是朝自由能G降低的方向进行降低的方向进行 系统平衡态是系统自由能系统平衡态是系统自由能G最小的状态最小的状态 趋于平衡态的过程使系统的自由趋于平衡态的过程使系统的自由 能能G降低降低 处于平衡态的系统所发生的任何过程都是可逆过程处于平衡态的系统所发生的任何过程都是可逆过程 自由能自由能G变化等于零变化等于零 dG 0 30 30 在可逆过程系统所做的最大有效功等于系统自由能的减少在可逆过程系统所做的最大有效功等于系统自由能的减少 最大功原最大功原 理理 系统在不可逆过程系统所做的有效功小于系统自由能的减少 系统在不可逆过程系统所做的有效功小于系统自由能的减少 自由能自由能F为为等温等容条件下系统做有效功的能力等温等容条件下系统做有效功的能力 自由能自由能G为为等温等压条件下系统做有效功的能力等温等压条件下系统做有效功的能力 00 dGdF 系统中发生的自发过程总是朝自由能降低的方向进行系统中发生的自发过程总是朝自由能降低的方向进行 自由能减少原自由能减少原 理理 系统平衡态是自由能最小的状态系统平衡态是自由能最小的状态 自由能最小值原理自由能最小值原理 处于平衡态的处于平衡态的 系统中所发生的任何过程都是可逆过程 自由能变化等于零 系统中所发生的任何过程都是可逆过程 自由能变化等于零 自由能减少原理和最小值原理给出了在等温等压或等温等容条件下封闭自由能减少原理和最小值原理给出了在等温等压或等温等容条件下封闭 系统自发进行的方向和限度 达到平衡 的热力学判据 系统自发进行的方向和限度 达到平衡 的热力学判据 WdFWdG 自由能与自由能判据自由能与自由能判据 系统不做有效功系统不做有效功 Free energy From Wikipedia the free encyclopedia Free energy may refer to In science Thermodynamic free energy the energy in a physical system that can be converted to do work in particular Helmholtz free energy A U TS the energy that can be converted into work at a constant temperature and volume Work content a related concept used in chemistry Gibbs free energy G H TS the energy that can be converted into work at a uniform temperature and pressure throughout a system Variational free energy a construct from information theory that is used in Variational Bayesian methods 31 32 32 32 绝热条件绝热条件 自发过程自发过程 封闭系统封闭系统 平衡态平衡态 过程不能过程不能自自发进行发进行 自发过程自发过程 平衡态平衡态 过程不能过程不能自自发进行发进行 自发过程自发过程 平衡态平衡态 过程不能过程不能自自发进行发进行 等温等容等温等容 等温等压等温等压 dF0 dG0 dS 0 dS 0 dS 0 熵和自由能热力学判据熵和自由能热力学判据 33 33