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

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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

  1. 体积膨胀系数:$\alpha=\frac1V\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_p$
  2. 压强系数:$\beta=\frac1p\left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_V$
  3. 等温压缩系数:$\kappa_T=-\frac1V\left(\frac{\partial V}{\partial P}\right)_T$
  4. 等容热容:$C_V=(\dfrac{\partial U}{\partial T})_V(definition)=T(\dfrac{\partial S}{\partial T})_V$
  5. 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。