我们正在努力恢复Google Play商店上的Unionpedia应用程序
传出传入
🌟我们简化了设计以优化导航!
Instagram Facebook X LinkedIn

共軛變數 (熱力學)

指数 共軛變數 (熱力學)

Category:热力学 在熱力學中,系統的內能可以由幾組共軛變數的乘積來表示,例如溫度/熵或壓力/體積等。溫度和熵二者互為共軛變數,壓力和體積二者也互為共軛變數。除內能外,其他的熱力學勢也可以用共軛變數的乘積來表示。 在力學系統中,能量的微量變化可以表示為力和微量位移的乘積。在熱力學中也有類似的情形,熱力學中能量的變化可表示為幾個(不平衡的)廣義力和其產生的廣義位移的乘積,廣義力和廣義位移稱為共軛變數,兩者的乘積就是能量。熱力學中的廣義力恆為內含性質,而廣義位移恆為外延性質。廣義力是在其他外延性質不變的條件下,內能對廣義位移的微分。 熱力學勢及共軛變數之間的關係可以用來表示。 以下列出熱力學中的共軛變數及其對應的國際單位制單位: 若一個系統有幾種不同的粒子所組成,其內能的變化可以用下式來描述:.

目录

  1. 14 关系: 压强帕斯卡廣義力廣義座標内能內含及外延性質国际单位制粒子數热力学絕對溫標體積 (熱力學)温度應力

  2. 热力学性质

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.

查看 共軛變數 (熱力學)和压强

帕斯卡

帕斯卡(符號Pa或Pascal)是國際單位制(SI)的壓強單位。在不致混淆的情況下也可簡稱為「帕」。它等於每平方米一牛頓。以法國學者(同時身兼數學家、物理學家、化學家、音樂家、宗教家、教育家、氣象學家、哲學家)布莱茲·帕斯卡之名而命名。百帕(hPa)和千帕(kPa)也是自Pa衍生出來的氣象常用單位,正常海平面約101kPa、或1013百帕。.

查看 共軛變數 (熱力學)和帕斯卡

廣義力

廣義力是拉格朗日力學裏面的一個基本概念。在一個物理系統裏,因為力\mathbf\,\!,一個粒子經過虛位移\delta \mathbf\,\!,所作的虛功\delta W\,\!是 轉換至廣義坐標q_1,\ q_2,\ q_3,\ \dots\ q_N\,\!, 在上面这个方程的右端,位于虚位移前面的这两项的整体即为廣義力,用\boldsymbol\,\!表示为: 虛功與廣義力的關係是 稱 \mathcal_j\,\!為關於廣義坐標q_j\,\!的廣義力。因為\mathcal_j q_j\,\!的量綱是功,如果q_j\,\!是距離,則\mathcal_j\,\!與力的量綱相同;如果q_j\,\!是角,則它與力矩的量綱相同。.

查看 共軛變數 (熱力學)和廣義力

廣義座標

廣義坐標是不特定的坐標。假若,我們用一組廣義坐標來導引方程式,所得到的答案,可以應用於較廣泛的問題;并且,當我們最後終於設定這坐標時,答案仍舊是正確的。拉格朗日力學,哈密頓力學都需要用到廣義坐標來表示基要概念與方程式。.

查看 共軛變數 (熱力學)和廣義座標

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。.

查看 共軛變數 (熱力學)和内能

內含及外延性質

在物理學中,內含性質(intensive property)是指系統中不隨系統大小或系統中物質多少而改變的物理性质 Engineering Thermodynamics p.19, M. David Burghardt, James A. Harbach, Harper Collins 1992, 0-06-041049-3,內含性質是的物理量。 相反的,外延性質(extensive property)是指系統中會和系統大小或系統中物質多少成比例改變的物理性质,二個個別獨立,不相關的系統,其外延性質有加成性,個別系統外延性質的和就是總系統的外延性質 Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (3rd edn.

查看 共軛變數 (熱力學)和內含及外延性質

国际单位制

國際單位制(Système International d'Unités,簡稱SI),-->源於公制(又稱米制),是世界上最普遍採用的標準度量系統。國際單位制以七個基本單位為基礎,由此建立起一系列相互換算關係明確的「一致單位」。另有二十個基於十進制的詞頭,當加在單位名稱或符號前的時候,可用於表達該單位的倍數或分數。 國際單位制源於法國大革命期間所採用的十進制單位系統──公制;現行制度從1948年開始建立,於1960年正式公佈。它的基礎是米-千克-秒制(MKS),而非任何形式的厘米-克-秒制(CGS)。國際單位制的設計意圖是,先定義詞頭和單位名稱,但單位本身的定義則會隨著度量科技的進步、精準度的提高,根據國際協議來演變。例如,分別於2011年、2014年舉辦的第24、25屆國際度量衡大會討論了有關重新定義公斤的提案。 隨著科學的發展,厘米-克-秒制中出現了不少新的單位,而各學科之間在單位使用的問題上也沒有良好的協調。因此在1875年,多個國際組織協定《米制公約》,創立了國際度量衡大會,目的是訂下新度量衡系統的定義,並在國際上建立一套書寫和表達計量的標準。 國際單位制已受大部分發達國家所採納,但在英語國家當中,國際單位制並沒有受到全面的使用。.

查看 共軛變數 (熱力學)和国际单位制

粒子數

粒子數是熱力學系統中的一個參數,常規用字母N表示,是該系統中的組成粒子數量。粒子數是熱力學中的一個基本參數,是與化學勢共軛的參數。不同於大多數的物理量,粒子數是一個無因次量。它是一個廣泛參數,其重要性是與系統的大小成正比,因此只有使用於封閉系統內才有意義。 一個組成粒子是一種在過程複雜的能量的尺度k·T上不能破碎的小塊,此處的K是波茲曼常數,T是溫度。例如,對於一個包含水蒸氣與活塞的熱力學系統,組成粒子是在系統內水分子的數量。有意義的組成粒子,因而粒子數是與溫度相關聯的。.

查看 共軛變數 (熱力學)和粒子數

热力学

热力学,全稱熱動力學(thermodynamique,Thermodynamik,thermodynamics,源於古希腊语θερμός及δύναμις)是研究热现象中物态转变和能量转换规律的学科;它着重研究物质的平衡状态以及与準平衡态的物理、化学过程。热力学定義許多巨觀的物理量(像溫度、內能、熵、壓強等),描述各物理量之間的關係。热力学描述數量非常多的微觀粒子的平均行為,其定律可以用統計力學推導而得。 熱力學可以總結為四條定律。 熱力學第零定律定義了温度這一物理量,指出了相互接觸的两个系統,熱流的方向。 熱力學第一定律指出内能這一物理量的存在,並且與系統整體運動的動能和系統与與環境相互作用的位能是不同的,區分出熱與功的轉換。 熱力學第二定律涉及的物理量是温度和熵。熵是研究不可逆过程引入的物理量,表征系統通過熱力學過程向外界最多可以做多少熱力學功。 熱力學第三定律認為,不可能透過有限過程使系統冷却到絕對零度。 熱力學可以應用在許多科學及工程的領域中,例如:引擎、相變化、化學反應、輸運現象甚至是黑洞。熱力學計算的結果不但對物理的其他領域很重要,對航空工程、航海工程、車輛工程、機械工程、細胞生物學、生物醫學工程、化學、化學工程及材料科學等科學技術領域也很重要,甚至也可以應用在經濟學中。 热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功與热量之間的能量轉換;在此功定義為力與位移的內積;而熱則定義為在熱力系統邊界中,由溫度之差所造成的能量傳遞。兩者都不是存在於熱力系統內的性質,而是在熱力過程中所產生的。 熱力學的研究一開始是為了提昇蒸汽引擎的效率,早期尼古拉·卡諾有許多的貢獻,他認為若引擎效率提昇,法國有可能贏得拿破崙戰爭。出生於愛爾蘭的英國科學家開爾文在1854年首次提出了熱力學明確的定義: 一開始熱力學研究關注在熱機中工質(如蒸氣)的熱力學性質,後來延伸到化学过程中的能量轉移,例如在1840年科學家杰迈因·亨利·盖斯提出,有關化學反應的能量轉移的研究。化學熱力學中研究熵對化學反應的影響Gibbs, Willard, J.

查看 共軛變數 (熱力學)和热力学

絕對溫標

#重定向 热力学温标.

查看 共軛變數 (熱力學)和絕對溫標

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。.

查看 共軛變數 (熱力學)和熵

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。.

查看 共軛變數 (熱力學)和體積 (熱力學)

温度

温度是表示物体冷热程度的物理量,微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量,而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点(零点)和测量温度的基本单位。溫度理論上的高極點是「普朗克溫度」,而理論上的低極點則是「絕對零度」。「普朗克溫度」和「絕對零度」都是無法通过有限步骤達到的。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标(°C)、华氏温标(°F) 、热力学温标(K)和国际实用温标。 温度是物体内分子间平均动能的一种表现形式。值得注意的是,少數幾個分子甚至是一個分子構成的系統,由於缺乏統計的數量要求,是沒有溫度的意義的。 溫度出現在各種自然科學的領域中,包括物理、地質學、化學、大氣科學及生物學等。像在物理中,二物體的熱平衡是由其溫度而決定,溫度也會造成固體的熱漲冷縮,溫度也是熱力學的重要參數之一。在地質學中,岩漿冷卻後形成的火成岩是岩石的三種來源之一,在化學中,溫度會影響反應速率及化學平衡。大气层中气体的温度是气温(Atmospheric temperature),是氣象學常用名词。它直接受日射所影響:日射越多,氣温越高。 溫度也會影響生物體內許多的反應,恒温动物會調節自身體溫,若體溫升高即為發熱,是一種醫學症狀。生物體也會感覺溫度的冷熱,但感受到的溫度受風寒效應影響,因此也會和周圍風速有關。.

查看 共軛變數 (熱力學)和温度

應力

在連續介質力學裏,應力定義為單位面積所承受的作用力。以公式標記為 其中,\sigma \,表示應力;\Delta F_j\,表示在j\,方向的施力;\Delta A_i \,表示在i\,方向的受力面積。 假設受力表面與施力方向正交,則稱此應力分量為正向應力(normal stress),如圖1所示的\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,,都是正向應力;假設受力表面與施力方向互相平行,則稱此應力分量為剪應力(shear stress),如圖1所示的\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,、\sigma_\,,都是剪應力。 「內應力」指組成單一構造的不同材質之間,因材質差異而導致變形方式的不同,繼而產生的各種應力。 採用國際單位制,应力的单位是帕斯卡(Pa),等於1牛頓/平方公尺。應力的單位與壓強的單位相同。兩種物理量都是單位面積的作用力的度量。通常,在工程學裏,使用的單位是megapascals(MPa)或gigapascals(GPa)。採用英制單位,應力的單位是磅力/平方英寸(psi)或千磅力/平方英寸(ksi)。.

查看 共軛變數 (熱力學)和應力

另见

热力学性质

亦称为 共軛對。