热力学平衡是哪四个平衡,热力学平衡常数计算公式

首页 > 上门服务 > 作者:YD1662024-02-01 14:16:25

在热力学中作为研究对象的宏观物体是有大量原子、分子、电子等微观粒子所组成的。宏观物体很复杂,而且还与周围的其它物体发生作用,我们把所研究的物体称为系统或者体系(system),而把与系统发生作用的周围其它物体称为环境或外界(surroundings)。

如果所研究的系统与外界既不交换能量又不交换物质,我们称这样的系统为孤立系统;如果系统与外界交换能量而不交换物质,称这样的系统为封闭系统;如果系统与外界既交换能量又交换物质,称这样系统为开放系统

热力学平衡是哪四个平衡,热力学平衡常数计算公式(1)

如果我们研究的系统的各部分完全一样,称它为均匀系或单相系,如气体。如果所研究的系统的各部分不同而且有界面时,称它为非均匀系或者是复相系,如液体和蒸汽共存的体系。

系统的性质是多方面的,包括力学、电磁学、化学等方面的性质,我们在研究其中的一种性质的时候,往往认为其它性质固定不变而不予考虑,如研究系统的力学性知识,就不管电磁学性质和化学性质等,这样就形成了物理学的不同分支,不同分支将引进不同的状态参数(变量)来描述,他们都是对实际系统的抽象。

状态参量是指确定系统状态的量,在力学体系中,引进坐标、速度、加速度等描述物体的运动,用力和阿强描述受力状态;在电磁学体系中,用电场强度、电极化强度和磁感应强度、此话强度等描述物体的电磁性质;在化学体系中,用化学组成的含量摩尔数作为变量,在这些变量中,还有一个共同的变量是几何变量,在热力学中必须引进温度这个变量,另外我们以前考虑的能量守恒是狭义的,在热力学中必须把热这种转换形式考虑进去,这样我们所研究的体系就是实际体系了,一般来说,热力学所研究的对象是实际存在的任何体系,是非常广泛的。

热力学平衡是哪四个平衡,热力学平衡常数计算公式(2)

在热力学中,我们着重研究客观物体的一种特殊状态——平衡态,首先来定义热力学平衡态,所谓平衡态是指这样一种特殊状态,在没有外界影响的前提下,物体各部分的性质在长时间内不发生变化。如在力学中,平衡态是指在没有外界影响的条件下,物体的力学性质在长时间内不发生变化,在热力学中,处于平衡态的物体的性质要求包括力学、电磁学、化学和几何等性质在长时间内不发生变化。它比其他学科的分支的平衡态定义更加严格,故给其一个特殊的名词,热力学平衡态

热力学平衡态包括力学、化学、热和相的平衡,这四种平衡都达到了才称热力学平衡态。热力学平衡态是一种动态平衡,称为热动平衡,而且是指宏观的平衡,当体系达到平衡后,仍会发生偏离平衡态的微笑偏差,称之为涨落,这里还要注意热力学平衡与热平衡的差别。

热力学平衡是哪四个平衡,热力学平衡常数计算公式(3)

太阳系也可以看做一个热力学系统

为什么说热力学平衡态很重要呢?原因有二:一是对实际系统,在热力学中我们真正感兴趣的是平衡态时的性质。例如,我们拉伸一根弹簧,要知道的是,用了多大的力,弹簧拉伸了多少,而不是拉的过程。再比如,我们研究化学反应,我们就需要知道有多少反应物产生了多少生成物,而不是反应过程。二是如果平衡态的性质研究清楚了,则研究非平衡态性质就有了一个基础,如果要研究一个非平衡系统的性质,可以把这个系统分成很多小的子系统,这些子系统可以看成是局部平衡态,另外,研究平衡附近的涨落是,还需要用到统计方法。

在热力学平衡条件下,要描写热力学体系就必须引进若干变量,热力学体系要ongoing四种变量来描述,分别是几何变量(体积、面积和长度)、力学变量(压强、力)、电磁学变量(电场强度、电极化强度、磁感应强度、磁化强度)、化学变量(物质的量)、温度是这四种变量的一个函数。由于它直接反应了热运动的强度,经常把它直接取作描述体系状态的变量。如果把温度包括进去,那么这五种变量就称为热力学变量。由此可对热力学体系下一个严格的定义,即凡是用着五个变量来描述的体系就称为热力学体系。当然在具体考虑一个体系是,并不一定要把五个变量都用上,由给定的系统来决定其变量数。

热力学平衡是哪四个平衡,热力学平衡常数计算公式(4)

星云也是这样一个热力学系统

在热力学中,我们可以把热力学量分成两:广延量和强度量,凡是与体系的总质量成正比的量称为广延量,如体积,面积和磁矩等,而与系统的总质量无关的量称为强度量,如压强、电场强度和磁感应墙布等。

今天的内容咱们就到这里,下一篇我们来了解一下热力学第零定律。

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