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本文拟在前期研究[1]基础上,结合理想气体pVT变化、化学反应及相变熵变计算公式的推演,解释平衡态热力学与准静态过程假说熵变计算结果相等的原因.
熵变计算公式
平衡态热力学:
dSClo=dSr=δQr/T 1 (1)
dSAmb=-δQ/T 2 (2)
dSIso= dSAmb+ dSClo=δQr/T 1+(-δQ/T 2) (3)
准静态过程假说:
dSClo=δQ/T 1 (4)
dSAmb=[-δQ-δW'+(p-pe)·dV]/T 2 (5)
dSIso= dSAmb+ dSClo=δQ/T 1+[-δQ-δW'+(p-pe)·dV]/T 2 (6)
2.熵变计算公式推演
准静态过程假说认为所有热力学过程均为准静态过程;准静态过程假说中的热力学元熵过程,相当于平衡态热力学中的可逆过程;因此式(1)与(4)封闭体系熵变计算结果相同.
2.1 化学反应或相变推演
对于恒温恒压及环境不提供有效功前提下,进行的化学反应或相变, 平衡态热力学认为δW'=0;准静态过程假说认为δW'≠0.
由平衡态热力学式(2)可得:
dSAmb=-δQ/T 2
=[-dU-pe·dV]/T 2 (7)
由准静态过程假说式(5)可得:
dSAmb=[-δQ-δW'+(p-pe)·dV]/T 2
=[-dH+(p-pe)·dV]/T 2
=[-dH+p·dV-pe·dV]/T 2
=[-dU-pe·dV]/T 2 (8)
对比式(7)、(8)可得:准静态过程假说与平衡态热力学封闭体系环境熵变计算结果最终相同.
综上所述,对于恒温恒压及环境不提供有效功前提下,进行的化学反应或相变,准静态过程假说与平衡态热力学隔离体系熵变计算公式(3)及(6)最终计算结果相同.
2.2 理想气体pVT变化推演
对于理想气体pVT变化, 平衡态热力学及准静态过程假说均认为δW'=0.
由平衡态热力学式(2)可得:
dSAmb=-δQ/T 2
=[-dU-pe·dV]/T 2 (9)
由准静态过程假说式(5)可得:
dSAmb=[-δQ-δW'+(p-pe)·dV]/T 2
=[-δQ+(p-pe)·dV]/T 2
=[-δQ+p·dV-pe·dV]/T 2
=[-dU-pe·dV]/T 2 (10)
对比式(9)、(10)可得:准静态过程假说与平衡态热力学封闭体系环境熵变计算结果最终相同.
综上所述,对于理想气体pVT变化, 准静态过程假说与平衡态热力学隔离体系熵变计算公式(3)及(6)最终计算结果相同.
3. 结论
尽管平衡态热力学与准静态过程假说对功、热内涵解读不同,但由两个理论体系推演得到的封闭体系、封闭体系环境及隔离体系熵变的计算结果均分别相同.
参考文献
[1]余高奇.平衡态热力学与准静态过程假说熵变的计算结果类比.http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666.科学网博客,2022,11.
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