这就是最基础的热力学公式了,虽然它们本身没有直接的物理意义,但却是从具有物理意义的方程推导出来的。如果你是高中生,建议直接记忆这四个公式;如果是大学生,如果还不太明白,我可以详细解释一下推导过程。我目前只是大二学生,所以可能有些不太合适。
首先,我们来看熵的定义,dS=dQ/T。熵是热力学中一个重要的概念,它描述了系统的无序程度。
接下来,热力学第一定律表示为dU=dQ+dW。这个定律指出,一个系统的内能变化等于它吸收的热量加上对外做的功。
体积变化功的定义是dW=-pdV。当系统体积变化时,系统对环境做的功可以通过这个公式计算。
结合上面两个公式,我们可以推导出dS=(dU+pdV)/T,进一步简化得到dU=TdS-pdV。这表明内能的变化与温度和体积变化有关。
焓的定义为H=U+pV。通过对其求微分,我们得到dH=dU+pdV+Vdp。将dU=TdS-pdV代入,得到dH=TdS+Vdp。这个公式表明焓的变化与温度和体积变化有关。
自由能的定义为F=U-TS。通过对其求微分,我们得到dF=dU-TdS-SdT。将dU=TdS-pdV代入,得到dF=-SdT-pdV。这表明自由能的变化与温度和压力变化有关。
最后,吉布斯函数的定义为G=U-TS+pV。对其求微分,我们得到dG=dU-TdS-SdT+pdV+Vdp。将dU=TdS-pdV代入,得到dG=-SdT+VdP。这表明吉布斯函数的变化与温度和压力变化有关。
这四个公式主要用于导出麦氏关系,即S、T、p、V四个变量的偏导数之间的关系。麦氏关系在热力学中被广泛应用于推导各种等式,虽然过程繁复,但掌握它们对于理解热力学原理至关重要。