Свойства материала (термодинамика)

Термодинамические свойства материалов – это интенсивные термодинамические параметры, специфичные для данного материала. Каждый из них напрямую связан с дифференциалом второго порядка термодинамического потенциала . Примеры простой однокомпонентной системы:

• Сжимаемость (или ее обратная величина, модуль объемного сжатия )

• Изотермическая сжимаемость

$\kappa _{T}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{T}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial P^{2}}}$

• Адиабатическая сжимаемость

$\kappa _{S}=-{\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial P}}\right)_{S}\quad =-{\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}H}{\partial P^{2}}}$

• Удельная теплоемкость (Примечание – развернутый аналог – теплоемкость )

• Удельная теплоемкость при постоянном давлении

$c_{P}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{P}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial T^{2}}}$

• Удельная теплоемкость при постоянном объеме

$c_{V}={\frac {T}{N}}\left({\frac {\partial S}{\partial T}}\right)_{V}\quad =-{\frac {T}{N}}\,{\frac {\partial ^{2}A}{\partial T^{2}}}$

• Коэффициент теплового расширения

$\alpha ={\frac {1}{V}}\left({\frac {\partial V}{\partial T}}\right)_{P}\quad ={\frac {1}{V}}\,{\frac {\partial ^{2}G}{\partial P\partial T}}$

где P — давление , V — объем , T — температура , S — энтропия , а N — число частиц .

Для однокомпонентной системы необходимы только три вторых производных, чтобы вывести все остальные, и поэтому для получения всех остальных необходимы только три свойства материала. Для однокомпонентной системы «стандартными» тремя параметрами являются изотермическая сжимаемость. $\kappa _{T}$, удельная теплоемкость при постоянном давлении $c_{P}$, а коэффициент теплового расширения $\alpha$.

Например, верны следующие уравнения:

$c_{P}=c_{V}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{N\kappa _{T}}}$

$\kappa _{T}=\kappa _{S}+{\frac {TV\alpha ^{2}}{Nc_{P}}}$

Три «стандартных» свойства на самом деле являются тремя возможными вторыми производными свободной энергии Гиббса по температуре и давлению. Более того, если рассматривать такие производные, как ${\frac {\partial ^{3}G}{\partial P\partial T^{2}}}$ и связанные с ним соотношения Шварца показывают, что тройка свойств не является независимой. Фактически, одна функция свойства может быть задана как выражение двух других, вплоть до значения эталонного состояния.

Второй принцип термодинамики влияет на знак некоторых термодинамических свойств, таких как изотермическая сжимаемость.

См. также

• Перечень свойств материалов (тепловые свойства)
• Коэффициент теплоемкости
• Статистическая механика
• Термодинамические уравнения
• Термодинамические базы данных чистых веществ
• Коэффициент теплопередачи
• Скрытое тепло
• Удельная теплота плавления (Энтальпия плавления)
• Удельная теплота парообразования (Энтальпия парообразования)
• Термальная масса

Внешние ссылки

• Банк данных Дортмунда — это банк фактических данных термодинамических и теплофизических данных.

Ссылки

• Каллен, Герберт Б. (1985). Термодинамика и введение в термостатистику (2-е изд.). Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN  0-471-86256-8 .