平衡熱力學英語Equilibrium thermodynamics中, 態函數[1][2](英語:state function)又稱狀態函數熱力學函數[3][4](thermodynamic function),是描述系統熱力學狀態的宏觀物理性質函數。處於平衡狀態的熱力學系統,各宏觀物理量具有確定的值,並且這些物理量僅由系統所處的狀態所決定,與達到平衡態的過程無關。決定物質狀態的物理量被稱為狀態函數。其中包含了「熱力學勢」,熱力學勢特指下面提到的四個具有能量因次的熱力學函數。

熱力學系統的狀態函數一般存在一定的相互依存關係。如理想氣體狀態方程式中,可以任意選取其中的兩個狀態函數為獨立變量,而把其他的統計量看作它們的函數。熱力學函數之間的依存關係具有普適性。

簡單系統的的熱力學函數

簡單熱力學系統(如量子、古典氣體系統)一般具有以下熱力學函數,可以任意選取其中兩個作為獨立變量: 量綱(單位)不是能量的熱力學函數

物理量 符號 單位
體積 V m3
壓力 P Pa和atm
溫度 T K和℃
S J/(mol·K)

量綱(單位)是能量的熱力學勢

物理量 符號 單位
內能 U J
H J
吉布斯能 G J
亥姆霍茲自由能 F J

熱力學勢

上面給出的熱力學函數中,後四個具有能量的因次,單位都為焦耳,這四個量通常稱為「熱力學勢」。

內能   有時也用E表示
亥姆霍茲自由能   也常用F表示
 
吉布斯能  

其中,

T =溫度
S =
P =壓力
V =體積

具有 廣義力廣義位移     熱力學系統, 內能 的微分式可從熱力學第一定律得知:

 

公式內的U、S和V是熱力學的狀態函數,也可用於非平衡、不可逆的過程。

其餘三個熱力學勢可經由 勒壤得轉換 (Legendre transform)轉換自變數而得到。

           
             
           
             

通過對以上微分表達式求偏導,可以得到TSPV四個變量的偏導數間的「麥氏關係

相關條目

參考

  1. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始內容存檔於2023-08-20). 
  2. ^ https://terms.naer.edu.tw/detail/5117f84975993e140b213f5224e26f8b/?seq=5
  3. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始內容存檔於2023-08-20). 
  4. ^ 存档副本. [2023-08-20]. (原始內容存檔於2023-08-20). 

延伸閱讀