Таблица термодинамических уравнений
Термодинамика |
---|
Общие термодинамические уравнения и величины в термодинамике , используя математические обозначения , выглядят следующим образом:
Определения [ править ]
Многие из приведенных ниже определений также используются в термодинамике химических реакций .
Общие основные величины [ править ]
Количество (общее имя/а) | (Общий) Символ/ы | Единицы СИ | Измерение |
---|---|---|---|
Количество молекул | Н | безразмерный | безразмерный |
Количество родинок | н | моль | [Н] |
Температура | Т | К | [Т] |
Тепловая энергия | К, К | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 |
Скрытое тепло | К Л | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 |
производные величины Общие
Количество (общее имя/а) | (Общий) Символ/ы | Определение уравнения | Единицы СИ | Измерение |
---|---|---|---|---|
Термодинамическая бета , обратная температура | б | Дж −1 | [Т] 2 [М] −1 [Л] −2 | |
Термодинамическая температура | т | Дж | [М] [Л] 2 [Т] −2 | |
Энтропия | С | , | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 |
Давление | П | Хорошо | МЛ −1 Т −2 | |
Внутренняя энергия | В | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 | |
Энтальпия | ЧАС | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 | |
Функция раздела | С | безразмерный | безразмерный | |
Свободная энергия Гиббса | Г | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 | |
Химический потенциал (из компонент i в смеси) | мкм я | , где F не пропорциональна N, поскольку µ i зависит от давления. , где G пропорционален N (пока молярное соотношение состава системы остается прежним), поскольку µ i зависит только от температуры, давления и состава. | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 |
Свободная энергия Гельмгольца | А, Ф | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 | |
Потенциал Ландау , Свободная энергия Ландау, Грандиозный потенциал | Ох , Ф Г | Дж | [М][Л] 2 [Т] −2 | |
Потенциал Масье, свободная энтропия Гельмгольца | Ф | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Планковский потенциал, свободная энтропия Гиббса | Х | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 |
Тепловые свойства материи [ править ]
Количество (общее название/я) | (Общий) символ/ы | Определение уравнения | единицы СИ | Измерение |
---|---|---|---|---|
Общая тепло/тепловая мощность | С | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Теплоемкость (изобарная) | С п | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Удельная теплоемкость (изобарная) | С мп. | Дж кг −1 К −1 | [Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Молярная удельная теплоемкость (изобарная) | С нп | Дж.К. −1 моль −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 [Н] −1 | |
Теплоемкость (изохорная/объемная) | РЕЗЮМЕ | Дж.К. −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Удельная теплоемкость (изохорная) | С мВ | Дж кг −1 К −1 | [Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 | |
Молярная удельная теплоемкость (изохорная) | С нВ | Дж.К. −1 моль −1 | [М][Л] 2 [Т] −2 [Т] −1 [Н] −1 | |
Удельная скрытая теплота | л | Дж кг −1 | [Л] 2 [Т] −2 | |
Отношение изобарной к изохорной теплоемкости, коэффициент теплоемкости , показатель адиабаты, Лапласа коэффициент | с | безразмерный | безразмерный |
Термотрансфер [ править ]
Количество (общее название/я) | (Общий) символ/ы | Определение уравнения | единицы СИ | Измерение |
---|---|---|---|---|
Градиент температуры | Нет стандартного символа | К м −1 | [Θ][Л] −1 | |
Скорость теплопроводности, тепловой ток, тепловой/ тепловой поток , передача тепловой энергии | П | W = Дж с −1 | [М] [Л] 2 [Т] −3 | |
Тепловая интенсивность | я | Вт м −2 | [М] [Т] −3 | |
Плотность теплового/теплового потока (векторный аналог тепловой интенсивности выше) | д | Вт м −2 | [М] [Т] −3 |
Уравнения [ править ]
Уравнения в этой статье классифицированы по темам.
Термодинамические процессы [ править ]
Физическая ситуация | Уравнения |
---|---|
Изэнтропический процесс (адиабатический и обратимый) | Для идеального газа |
Изотермический процесс | Для идеального газа |
Изобарный процесс | р 1 = р 2 , р = константа |
Изохорный процесс | V 1 = V 2 , V = константа |
Бесплатное расширение | |
Работа, совершаемая расширяющимся газом | Процесс Чистая работа, выполненная в циклических процессах |
Кинетическая теория [ править ]
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Закон идеального газа |
| |
Давление идеального газа |
|
Идеальный газ [ править ]
Количество | Общее уравнение | изобарный Δp = 0 | изохорный Δ В = 0 | изотермический Δ Т = 0 | Адиабатический |
---|---|---|---|---|---|
Работа В | |||||
Теплоемкость С | (как для настоящего газа) | (для одноатомного идеального газа)
| (для одноатомного идеального газа)
| ||
Внутренняя энергия Δ ΔU | |||||
Энтальпия Δ Н | |||||
Энтропия Δ Δs | [1] | ||||
Постоянный |
Энтропия [ править ]
- , где k B — постоянная Больцмана , а Ω обозначает объём макросостояния в фазовом пространстве или иначе называемую термодинамической вероятностью.
- , только для обратимых процессов
физика Статистическая
Ниже приведены полезные результаты из распределения Максвелла – Больцмана для идеального газа, а также значения величины энтропии. Распределение справедливо для атомов или молекул, составляющих идеальные газы.
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Распределение Максвелла – Больцмана |
K 2 – модифицированная функция Бесселя второго рода. | Нерелятивистские скорости Релятивистские скорости (распределение Максвелла-Юттнера) |
Энтропия Логарифм плотности состояний |
| где: |
Изменение энтропии | ||
Энтропийная сила | ||
Теорема о равнораспределении | d f = степень свободы | Средняя кинетическая энергия на степень свободы Внутренняя энергия |
Следствия нерелятивистского распределения Максвелла – Больцмана приведены ниже.
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Средняя скорость | ||
Среднеквадратическая скорость | ||
Модальная скорость | ||
Средний свободный путь |
|
Квазистатические и обратимые процессы [ править ]
Для квазистатических и обратимых процессов первый закон термодинамики гласит:
где δ Q — теплота, подведенная к системе, а δ W — работа, совершенная системой .
потенциалы Термодинамические
Следующие энергии называются термодинамическими потенциалами :
Имя | Символ | Формула | Естественные переменные |
---|---|---|---|
Внутренняя энергия | |||
Свободная энергия Гельмгольца | |||
Энтальпия | |||
Свободная энергия Гиббса | |||
потенциал Ландау, или огромный потенциал | , |
и соответствующие фундаментальные термодинамические соотношения или «основные уравнения». [2] являются:
Потенциал | Дифференциал |
---|---|
Внутренняя энергия | |
Энтальпия | |
Свободная энергия Гельмгольца | |
Свободная энергия Гиббса |
Максвелла Отношения
Четыре наиболее распространенных соотношения Максвелла :
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Термодинамические потенциалы как функции своих натуральных переменных |
Дополнительные отношения включают следующее.
Другие дифференциальные уравнения:
Имя | ЧАС | В | Г |
---|---|---|---|
Уравнение Гиббса – Гельмгольца | |||
Квантовые свойства [ править ]
- Неразличимые частицы
где N — количество частиц, h — постоянная Планка , I — момент инерции , а Z — статистическая сумма в различных формах:
Степень свободы | Функция разделения |
---|---|
Перевод | |
Вибрация | |
Вращение |
|
Тепловые свойства материи [ править ]
Коэффициенты | Уравнение |
---|---|
Коэффициент Джоуля-Томсона | |
Сжимаемость (постоянная температура) | |
Коэффициент теплового расширения (постоянное давление) | |
Теплоемкость (постоянное давление) | |
Теплоемкость (постоянный объем) |
Вывод теплоемкости (постоянного давления) |
---|
Вывод теплоемкости (постоянный объем) |
---|
Термотрансфер [ править ]
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Чистая интенсивность излучения/поглощения |
| |
Внутренняя энергия вещества |
| |
Уравнение Мейера |
| |
Эффективная теплопроводность |
| Ряд Параллельно |
Тепловая эффективность
Физическая ситуация | Номенклатура | Уравнения |
---|---|---|
Термодинамические двигатели |
| Термодинамический двигатель: КПД двигателя Карно: |
Охлаждение | K = коэффициент холодопроизводительности | Производительность охлаждения Холодильная мощность Карно |
См. также [ править ]
- Список термодинамических свойств
- Уравнение Антуана
- Бежевый номер
- соотношение Боуэна
- Уравнения Бриджмена
- Отношение Клаузиуса – Клапейрона
- Функции отправления
- Уравнение Дюэма – Маргулеса
- Уравнения Эренфеста
- Уравнение Гиббса – Гельмгольца
- Правило фаз
- Закон Коппа
- Закон Норо – Френкеля соответствующих состояний
- Онсагерские взаимные отношения
- номер Стефана
- Термодинамика
- Хронология термодинамики
- Правило тройного продукта
- Точный дифференциал
Ссылки [ править ]
- ^ Кинан, Термодинамика , Уайли, Нью-Йорк, 1947.
- ^ Физическая химия, П.В. Аткинс, Oxford University Press, 1978, ISBN 0 19 855148 7
- Аткинс, Питер и де Паула, Физическая химия Хулио , 7-е издание, WH Freeman and Company, 2002 г. ISBN 0-7167-3539-3 .
- Главы 1–10, Часть 1: «Равновесие».
- Бриджмен, военнопленный (1 марта 1914 г.). «Полное собрание термодинамических формул» . Физический обзор . 3 (4). Американское физическое общество (APS): 273–281. дои : 10.1103/physrev.3.273 . ISSN 0031-899X .
- Ландсберг, Питер Т. Термодинамика и статистическая механика . Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., 1990. (перепечатано из Oxford University Press, 1978) .
- Льюис Дж. Н. и Рэндалл М., «Термодинамика», 2-е издание, McGraw-Hill Book Company, Нью-Йорк, 1961.
- Райхл, Л.Е. , Современный курс статистической физики , 2-е издание, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 1998.
- Шредер, Дэниел В. Теплофизика . Сан-Франциско: Эддисон Уэсли Лонгман, 2000 г. ISBN 0-201-38027-7 .
- Силби, Роберт Дж. и др. Физическая химия , 4-е изд. Нью-Джерси: Уайли, 2004.
- Каллен, Герберт Б. (1985). Термодинамика и введение в темостатистику , 2-е издание, Нью-Йорк: John Wiley & Sons.