3热力学第三章
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§3.1 热动平衡判据当均匀系统与外界达到平衡时,系统的热力学参量必须满足一定的条件,称为系统的平衡条件。
这些条件可以利用一些热力学函数作为平衡判据而求出。
下面先介绍几种常用的平衡判据。
oisd一、平衡判据1、熵判据熵增加原理,表示当孤立系统达到平衡态时,它的熵增加到极大值,也就是说,如果一个孤立系统达到了熵极大的状态,系统就达到了平衡态。
于是,我们就能利用熵函数的这一性质来判定孤立系统是否处于平衡态,这称为熵判据。
孤立系统是完全隔绝的,与其他物体既没有热量的交换,也没有功的交换。
如果只有体积变化功,孤立系条件相当与体积不变和内能不变。
因此熵判据可以表述如下:一个系统在体积和内能不变的情形下,对于各种可能的虚变动,平衡态的熵最大。
在数学上这相当于在保持体积和内能不变的条件下通过对熵函数求微分而求熵的极大值。
如果将熵函数作泰勒展开,准确到二级有d因此孤立系统处在稳定平衡态的充分必要条件为既围绕某一状态发生的各种可能的虚变动引起的熵变,该状态的熵就具有极大值,是稳定的平衡状态。
如果熵函数有几个可能的极大值,则其中最大的极大相应于稳定平衡,其它较小的极大相应于亚稳平衡。
亚稳平衡是这样一种平衡,对于无穷小的变动是稳定是,对于有限大的变动是不稳定的。
如果对于某些变动,熵函数的数值不变,,这相当于中性平衡了。
熵判据是基本的平衡判据,它虽然只适用于孤立系统,但是要把参与变化的全部物体都包括在系统之内,原则上可以对各种热动平衡问题作出回答。
不过在实际应用上,对于某些经常遇到的物理条件,引入其它判据是方便的,以下将讨论其它判据。
2、自由能判据表示在等温等容条件下,系统的自由能永不增加。
这就是说,处在等温等容条件下的系统,如果达到了自由能为极小的状态,系统就达到了平衡态。
我们可以利用函数的这一性质来判定等温等容系统是否处于平衡态,其判据是:系统在等温等容条件下,对于各种可能的变动,平衡态的自由能最小。
这一判据称为自由能判据。