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3.10 熱力學函數的推導與變換

通過本章對熱力學第一定律相關知識及其在氣體、化學反應體系中應用的認識,大家會初步感受到熱力學理論靈活解決生活、生產實踐過程中問題的魅力。本節除了總結熱力學第一定律相關的一些重要關系式外,重點總結介紹一些推導熱力學函數變換關系的技巧。

思考:

3-37 熱力學函數推導與變換的意義是什么?

3-38 熱力學函數推導與變換的基本規律是什么?

3.10.1 基本關系式

常用的基本關系式有兩類,一類是定義式類,第二類數學函數關系式類

(1)定義式

  

(2)函數轉化關系式

①鏈式關系式:

②倒數關系式:

③循環關系式:

④復合函數的偏微分關系式:

例如3.3節例題3-4中獲得的中間結果:

3.10.2 證明題的類型

(1)證明物理量的求算公式

如證明理想氣體絕熱可逆過程的功的求算公式。

(2)證明某物理量與一些函數無關

例題3-16 已知,證明理想氣體的CV僅為溫度的函數。

證明:對于理想氣體,dU=CVdT,故

故  CV=fT

(3)證明某物理量的微變為全微分

若函數關系式,z=fxy),則具有微分

若具有對易關系,則dz為全微分。

例題3-17 證明對于理想氣體的Vdp不是全微分。

證明:p=fTV),則

∵ 對于理想氣體,有

∴   

∴   

∴ ,故Vdp不是全微分。

(4)推導可逆過程的方程式

示例參見3.4.5節絕熱可逆過程方程式的推導。

(5)證明或推導UHpVT的偏微商與CpCV的關系

①若HU)在分子上,pV為下標,則用定義式或鏈式關系。

例題3-18 試證明 

  

例題3-19 試證明

  

②若HU)在分子上,T為下標,先用復合函數偏微商公式,再用其他關系式。

例題3-20 試證明

  

③若HU)在下標,先用循環關系式。

例題3-21 試證明

證明:先用循環關系式

習題:

3-27 已知,證明理想氣體的CV僅為溫度的函數。

3-28 證明對于理想氣體dp是全微分。

習題:

3-29 證明

3-30 試證明

3-31 試證明

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