热力学关系记忆手册
偏微分关系
- 倒易关系:$(\dfrac{\partial x}{\partial y})_z(\dfrac{\partial y}{\partial x})_z=1$
- 循环关系:$(\dfrac{\partial x}{\partial y})_z(\dfrac{\partial y}{\partial z})_x(\dfrac{\partial z}{\partial x})_y=-1$
- 复合关系1:$(\dfrac{\partial x}{\partial y})_w(\dfrac{\partial y}{\partial z})_w=(\dfrac{\partial x}{\partial z})_w$
- 复合关系2:$(\dfrac{\partial x}{\partial y})_w=(\dfrac{\partial x}{\partial y})_z+(\dfrac{\partial x}{\partial z})_y(\dfrac{\partial z}{\partial y})_w$
热力学基本函数与方程
麦克斯韦关系
图示
一阶关系
二阶关系
一阶导处理方法
对于自由度为2的系统,有自变量$a,b$和因变量$X,Y,Z$,均可以做一下预处理。
- 三阶$(\dfrac{\partial X}{\partial Y})_Z$
- 二阶$(\dfrac{\partial X}{\partial Y})_a$
- 二阶$(\dfrac{\partial X}{\partial a})_Y$
- 一阶$(\dfrac{\partial b}{\partial a})_X$
通过这样的办法,可以将所有的式子转换为一阶表达式
二阶导处理
所有结果一览
一般在化简的时候有技巧可循:如果你的形式是热力学函数偏两个自变量,那么四个热力学函数中总有对应的自变量组:
另一种方法是采用全微分的办法;或者用偏微分关系。
常数
- 体积膨胀系数:$\alpha=\frac1V\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_p$
- 压强系数:$\beta=\frac1p\left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_V$
- 等温压缩系数:$\kappa_T=-\frac1V\left(\frac{\partial V}{\partial P}\right)_T$
- 等容热容:$C_V=(\dfrac{\partial U}{\partial T})_V(definition)=T(\dfrac{\partial S}{\partial T})_V$
- 等压热容:$C_P=(\dfrac{\partial H}{\partial T})_p(definition)=T(\dfrac{\partial S}{\partial T})_p$
三者满足关系:
二者满足的关系:
$S$
由于热力学函数对S的偏导可以全部转化为TPV对S的偏导,这里整合到下面。
$U$
当然可以配合$\alpha,\beta,\kappa_T$进一步简写,不过就没什么必要了。
$H$
H和U对偶,相当于把$C_V$和$C_P$,$V$和$P$对换,不过注意符号。
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