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熱力學狀態

指数 熱力學狀態

熱力學狀態(Thermodynamic state)是指一組描述熱力學系統的狀態。個別的參數一般會稱為狀態變數、狀態參數或是熱力學變數。只要一熱力學系統中有足夠多的已知狀態,其他的狀態就已被確定,而所需要的狀態數量視系統複雜程度而定。 例如一封閉簡單系統,其中有二公升的氧氣,壓力為一大氣壓,此即為此系統的熱力學狀態,其他的狀態變數 (溫度、熵、內能)等都已被確定。.

17 关系: 基态压强封閉系統刚体内能全微分绝热过程熱力學圖狀態原則過程函數靜止狀態體積 (熱力學)激发态慣性力

基态

由量子力学创始人提出。在量子力学里,一个系统可能处于一系列量子态中的一个。这一系列的量子态依能量(能階)多少排列,其中能量最少的量子态称为基态。具有更高能量的状态称为激发态。系统一般倾向于占据能量最少的状态,所以基态是研究一个量子系统的重要方面。.

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压强

生在兩個物體接觸表面、垂直於該表面的作用力,亦可稱為壓力。通常來說,在液壓、氣動或大氣層等領域中提到的「壓力」指的實際上是壓强,即在数值上等於接觸表面上每單位面積所受壓力。 壓強是分布在特定作用面上之力與該面積的比值。換句話說,是作用在與物體表面垂直方向上的每單位面積的力的大小。計式壓強是相較於該地之大氣壓的壓強。雖然壓強可用任意之力單位與面積單位進行測量,但是壓強的國際標準單位(每單位平方公尺的牛頓)也被稱作帕斯卡。 一般以英文字母「p」表示。压力與力和--積的關係如下: 其中.

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封閉系統

在熱力學之中,封閉系統是指一個只與外界交換能量(作功或熱量)而不交換質量的系統。 假如一個只擁有一種粒子(原子或分子)的系統進行化學反應時,過程中所有種類的粒子都可以被生成或破壞。但是,封閉系統內的元素原子數目將會守恒。數學上可以寫成:.

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刚体

在物理学裏,理想刚体(rigid body)是一種有限尺寸,可以忽略形变的固体。不论是否感受到外力,在刚体內部,質點與質點之间的距离都不会改变。这种理想模型适用条件是,运动过程比固体中的弹性波的传播要缓慢得多。根據相對論,這種物體不可能實際存在,但物體通常可以假定為完美剛體,前提是必須滿足運動速度遠小於光速的條件。 在经典力学裡,刚体通常被視為连续质量分佈体;在量子力学裏,刚体被視為一群粒子的聚集。例如,分子(由假定為質點的电子与核子组成)时常會被视为刚体。.

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内能

在熱力學裡,內能(internal energy)是熱力學系統內兩個具狀態變數之基本狀態函數的其中一個函數。內能是指系統所含有的能量,但不包含因外部力場而產生的系統整體之動能與位能。內能會因系統能量的增損而隨之改變。 系統的內能可能因(1)對系統加熱、(2)對系統作,或(3)添加或移除物質而改變。當系統內有不可穿透的牆阻止物質傳遞時,該系統稱之為「封閉系統」。如此一來,熱力學第一定律描述,內能的增加會等於增加的熱量加上環境對該系統所作的功。若該系統周圍的牆不能傳遞物質與能量,則該系統稱之為「孤立系統」,且其內能會維持定值。 一系統內給定狀態下的內能不能被直接量測。給定狀態下的內能可由一已給定其內能參考值之參考狀態開始,經過一連串及熱力學過程,以達到該給定狀態來決定其值。這一連串的操作及過程,理論上可使用該系統的某些外延狀態變數來描述,亦即該系統的熵 S、容量 V 及莫耳數 。內能 是這些變數的函數。有時,該函數還能再附加上其他的外延狀態變數,如電偶極矩。就熱力學及工程學上的實際用途來看,一般很少需要考慮一個系統的所有內含能量,如質量所含有的等價能量。一般而言,只有與研究的系統及程序有關的部分才會被包含進來。熱力學一般只在意內能的「變化量」。 內能是一系統內的狀態函數,因為其值僅取決於該系統的目前狀態,而與達到此一狀態所採之途徑或過程無關。內能是個外延物理量。內能是個基本熱動力位能。使用勒壤得轉換,可從內能開始,在數學上建構出其他的熱動力位能。這些函數的狀態變數,部分外延變數會被其共軛內含變數所取代。因為僅是將外延變數由內含變數所取代並無法得出其他熱動力位能,所以勒壤得轉換是必要的。熱力學系統的另一個基本狀態函數為該系統的熵 ,是個除熵 S 這個狀態變數被內能 U 所取代外,具有相同狀態變數之狀態函數。 雖然內能是個宏觀物理量,內能也可在微觀層面上由兩個假設的量來解釋。一個是系統內粒子的微觀運動(平移、旋轉、振動)所產生的微觀動能。另一個是與粒子間的化學鍵及組成物質的靜止質量能量等微觀力有關之位能。在微觀的量與系統因作功、加熱或物質轉移而產生之能量增損的量之間,並不存在一個簡單的普遍關係。 能量的國際單位為焦耳(J)。有時使用單位質量(公斤)的內能(稱之為「比內能」)會比較方便。比內能的國際單位為 J/kg。若比內能以物質數量(莫耳)的單位來表示,則稱之為「莫耳內能」,且該單位為 J/mol。 從統計力學的觀點來看,內能等於系統總能量的。.

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全微分

全微分(total derivative)是微积分学的一个概念,指多元函数的全增量\Delta z的线性主部,记为\operatorname dz。例如,对于二元函数z.

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绝热过程

绝热过程(Adiabatic process)是一个绝热体系的变化过程,绝热体系为和外界没有热量和粒子交换,但有其他形式的能量交换的体系,属于封闭体系的一种。绝热过程有绝热压缩和绝热膨胀两种。常见的一个绝热过程的例子是绝热火焰温度,该温度是指在假定火焰燃烧时没有传递热量给外界的情况下所可能达到的温度。现实中,不存在真正意义上符合定义的绝热过程,绝热过程只是一种近似,所以有时也称为绝热近似。 绝热过程分为可逆过程(熵增为零)和不可逆过程(熵增不为零)两种。可逆的绝热过程是等熵过程。等熵过程的对立面是等温过程,在等温过程中,最大限度的热量被转移到了外界,使得系统温度恒定如常。由于在热力学中,温度与熵是一组共轭变量,等温过程和等熵过程也可以视为“共轭”的一对过程。 如果一个热力学系统的变化快到足以忽略与外界的热交换的话,这一变化过程就可以视为绝热过程,又称“准静态过程”。准静态过程的熵增可以忽略,所以视作可逆过程,严格说来,在热力学中,准静态过程与可逆过程没有严格区分,在某些文献中被作为同义词使用。 同样的,如果一个热力学系统的变化慢到足以靠与外界的热交换来保持恒温的话,该过程则可以视为等温过程。.

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焓(enthalpy,读音ㄏㄢˊ|hán)是一个热力学系统中的能量参数。规定由字母H表示(H来自于英语Heat Capacity(热容)一词),单位為焦耳(J)。此外在化学和技术文献中,摩尔焓Hm(单位:千焦/摩尔,kJ/mol)和质量焓(或比焓)h(单位:千焦/千克,kJ/kg)也非常重要,它们分别描述了焓在单位物质的量和单位质量上的定义。 焓是内能和体积的勒让德变换。它是SpN总合的热势能。.

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熱可以指:.

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熱力學圖

熱力學圖是科學家及工程師用來表示一物體(多半是流體)熱力學狀態及其變化的圖。例如T-s圖(溫度熵圖)就可以說明一流體在壓縮機中的溫度及熵的變化。 以下是一些常見的熱力學圖:.

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化學及热力学中所谓熵(entropy),是一種測量在動力學方面不能做功的能量總數,也就是當總體的熵增加,其做功能力也下降,熵的量度正是能量退化的指標。熵亦被用於計算一個系統中的失序現象,也就是計算該系統混亂的程度。熵是一个描述系统状态的函数,但是经常用熵的参考值和变化量进行分析比较,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。.

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狀態原則

態原則(state postulate)是熱力學中的一個原則,說明一平衡的熱力學系統需要用多少熱力學狀態來定義。 狀態原則為: 簡單可壓縮系統是指系統本身靜止,也沒有受到電磁力、重力、表面張力的影響,這類的系統可以只用二個獨立的內含性質來描述,其餘的性質可以根據狀態方程來求得。更複雜的系統需要更多狀態的資訊才能求得完整的狀態,例如若重力對系統有顯著影響,則需要知道高度的資訊。 若二個性質可以允許其中一個性質改變,另一個性質維持定值,這二個性質即為獨立的性質。例如溫度及比容恆為獨立的性質。不過溫度及壓力只有在單一相態的系統中才是獨立的性質,若系統中存在二種相態(例如混合了氣體及液體),溫度(沸點)會隨壓力而變化,此時溫度及壓力就不是獨立性質了。.

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過程函數

熱力學中的過程函數(process function)是指描述系統狀態變化過程的物理量。像功、熱等都是過程函數。 過程函數不只是和起初和最終的狀態有關,過程函數也和中間經過的路徑有關,此特性和狀態函數不同,狀態函數的數值只和起初和最終的狀態有關,和中間的路徑無關。.

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靜止狀態

#重定向 定態.

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體積 (熱力學)

熱力學系統的體積是在描述熱力學狀態時,重要的外延性質。比容是對應的內含性質,是單位質量的體積。體積為一狀態函數,和其他熱力學性質(如壓力、溫度)之間有相互關係。例如理想氣體的體積就可以依理想氣體定律,用壓力及溫度來表示。 一系統的體積可能與分析系統所用的控制體積重合,但也可能不重合。.

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激发态

发是在任意能级上能量的提升。在物理学中有对于这种能级有专门定义:往往与一个原子被激发至激发态有关。 在量子力学中,一个系统(例如一个原子,分子或原子核)的激发态是该系统中任意一个比基态具有更高能量的量子态(也就是说它具有比系统所能具有的最低能量要高的能量)。 一般来说,处于激发态的系统都是不稳定的,只能维持很短的时间:一个量子(例如一个光子或是一个声子)在发生自发辐射或受激辐射后,只在能量被提升的瞬间存在,随即返回具有较低能量的状态(一个较低的激发态或基态)。这种能量上的衰减一般被称为“衰变”(decay),它是“激发”的逆过程。 持续时间较长的激发态被叫做亚稳态(metastable)。同质异能素(nuclear isomers)与单线态氧(singlet oxygen)就是其中的两个例子。.

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慣性力

惯性力(inertial force)是指當物體加速時,慣性會使物體有保持原有運動狀態的傾向,若是以該物體為参照物,看起來就仿佛有一股方向相反的力作用在該物體上,因此稱之為慣性力。因為慣性力實際上並不存在,實際存在的只有原本將該物體加速的力,因此慣性力又稱為假想力(fictitious force)。它概念的提出是因为在非惯性系中,牛顿运动定律并不适用。但是为了思维上的方便,可以假想在这个非惯性系中,除了相互作用所引起的力之外还受到一种由于非惯性系而引起的力——惯性力。加入惯性力后,牛顿运动定律成立。 例如,當公車刹車時,車上的人因為慣性而向前傾,在車上的人看來彷彿有一股力量將他們向前推,即為慣性力。然而只有作用在公車的刹車以及輪胎上的摩擦力使公車減速,實際上並不存在將乘客往前推的力,這只是慣性在不同参照系下的表现。.

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