余高奇博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/yugaoqi666 经典热力学也称平衡态热力学,研究系统由一个热力学平衡态变化至另一个热力学平衡态的准静态过程的自发性; 它是真实热力学过程发生的必要条件。

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摩尔定压热容、体积功与平衡常数在平衡态热力学中的作用探究

已有 1831 次阅读 2023-1-15 20:45 |系统分类:教学心得

       摩尔定压热容(Cp,m)、体积功(WT)与热力学平衡常数(Kθ)是平衡态热力学过程中少有的几个可实测

物理量,本文拟结合热力学基本原理,探究它们在平衡态热力学发展中的作用.

 1. 摩尔定压热容(Cp,m

       摩尔定压热容(Cp,m)是指一定温度下,单位物质的量某物质在恒压且有效功为0时,温度每升高无限小量

dT所需要的热量δQp. 物质的摩尔定压热容(Cp,m)定义式[1]参见如下式(1):

         image.png   (1)

       对于单纯的pVT变化(δW'≡0),平衡态热力学规定:

        image.png        (2)

       摩尔定压热容(Cp,m)概念的引入,极大方便了热力学单纯pVT变化过程焓变的计算,对平衡态热力学的迅

速发展和推广功不可没.

 2. 体积功(WT

       某热力学过程参见如下图1:

                                       image.png 

       图1中pe代表环境大气压强(或外压). 

       通常情况下,热力学过程对应的pe值恒定,该过程体积功(WT):

       δWT=-pe·dV            (3)

       式(3)积分可得:WT=-pe·(V2-V1)=-pe·ΔV      (4)

       利用式(4)可以非常方便计算出某热力学过程的体积功(WT),也增加了平衡态热力学的“客观性”,

拉近了平衡态热力学与真实世界的距离.

 3. 热力学平衡常数(Kθ

        平衡态热力学规定:ΔrGθm=-RT·lnKθ                          (5)

                                            lnKθ=-ΔrGθm/(RT)                    (6)

       利用热力学基本原理,结合式(5)及(6)可以非常方便的计算出任意反应,任意温度下的热力学平衡常

数;另一方面由于平衡常数可实测, 这也从另一个方面增加了平衡态热力学的可信性.

 4. 结语

       由于平衡态热力学引入了诸如摩尔定压热容(Cp,m)、体积功(WT)及热力学平衡常数(Kθ)等真实可信的

物理量,平衡态热力学在长期演变过程中逐渐形成了一门虚实相间的学科,这也迫切需要广大热力学研究者潜

心治学,去伪存真,共同推动热力学学科健康稳定地向前发展.

参考文献

[1]天津大学物理化学教研室编. 物理化学(第五版,上册).北京:高等教育出版社, 2009,5:46-48.





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