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问题的引入
经典热力学理论认为:
(a)因系统与环境间温度差所导致的能量传递形式称为热量。
(b)系统反抗外压所做的功称为体积功,记为:δWT=-pe▪dV (1)
式(1)中WT代表体积功,pe表示外压.
(c)功包括体积功及非体积功两部分,除体积功之外的其它形式的功统称非体积功,也称有效功,记为:
δW';
热力学体系中化学反应或相变均发生在恒温恒压条件下,此时系统与环境之间不存在温度差,但其热效应不为0. 这表明温度差并不是导致热量传递的原因.
(备注:经典热力学将这种情况下的热传递归因于系统与环境之间温度围绕平衡温度发生微小扰动所导致,解释牵强)
封闭体系理想气体膨胀过程,系统压强p大于外压pe,即:p>pe。
此时│-p▪dV│>│-pe▪dV│,前者占支配地位,体积功(-pe▪dV)不能代表因系统体积改变所导致功的改变。
由上分析可知,重新探究系统与环境之间能量传递形式非常有必要。
2.能量传递形式
Y=TS+(-pV) (2)
对于热力学元熵过程, dY=T▪dS+S▪dT+(-p▪dV)+(-V▪dp) (3)
2.1 热量(Q)
热力学研究体系通常是封闭体系,封闭系统与环境之间用来改变封闭系统混乱度(熵)的能量传递形式称为热量,记为:δQ=T▪dS (4)
2.2 体积功(WT)与体势变(WV)
封闭系统与环境之间用来改变封闭系统空间势能(体积)的能量传递形式称为体势变,记为:
δWV=-p▪dV (5)
式(5)中,WV代表体势变,p代表封闭系统内部压强.
有必要明确,体积功是另一种用来改变封闭系统空间势能(体积)的能量传递形式,体积功与体势变通常成对出现。对于一般热力学过程,由于p>pe。此时应该用体势变替代体积功进行热力学能的计算。
2.3 温势变(WW)与压势变(WY)
由式(3)可知:封闭系统与环境之间能量传递形式还包括温势变(WW)及压势变(WY),可分别表示为: δWW=S▪dT (6)
δWY=-V▪dp (7)
温势变与压势变也是系统环境间能量传递的两种形式,目前仍未被认识,可称为潜能变。
2.4 有效功(W')
封闭体系状态改变时,除去热量、体势变、体积功、压势变及温势变之外的能量传递形式统称有效功。记为W'。
3. 结语
封闭系统状态改变时,发生于系统与环境之间的能量传递形式包括热量(T▪dS)、体势变(-p▪dV )、体积功(-pe▪dV)、温势变(S▪dT )、压势变(-V▪dp)及有效功(δW‘),共6种。
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GMT+8, 2024-4-27 09:40
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