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=f(T)
(3)證明某物理量的微變為全微分
若函數關系式,z=f(x,y),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:設p=f(T,V),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U、H和p、V、T的偏微商與Cp、CV的關系
①若H(U)在分子上,p、V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H(U)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H(U)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