非体积功和吉布斯自由能有什么关系?

如题所述

非体积功和吉布斯自由能在特定条件下有直接关系。

吉布斯自由能和非体积功之间在特定条件下有直接的关系。具体来说,在等温等压的可逆过程中,系统的吉布斯自由能变(ΔG)的值仅与非体积功有关,并且等于体系所做的最大非体积功。

非体积功是指不是由体积变化引起的功,例如电功和表面功。体系在可逆过程中实现了最大非体积功时,意味着过程是可逆的,吉布斯自由能的变化也达到了最大值。

在更一般的情况下,对于封闭系统,等温等压下,体系吉布斯自由能的减少大于等于体系对环境做的非体积功,那么这个过程是可逆的。在不可逆过程中,吉布斯自由能的减少将大于体系对环境做的非体积功。

吉布斯自由能

吉布斯自由能,又称自由焓、吉布斯自由能或自由能,是化学热力学中引入的热力学函数,主要用于判断过程进行的方向。具体来说,吉布斯自由能是指一个热力学过程中,系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分。

按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的定义,吉布斯自由能或吉布斯函数是焓(H)减去热力学温度(T)和熵(S)的乘积,即G=H-TS,常用单位为焦耳(J)。吉布斯自由能是一个状态函数,在封闭系统等温等压条件下可能做出的最大有用功对应于状态函数——吉布斯自由能的变化量。

非体积功

非体积功,顾名思义,是指不是由体积变化引起的功。它包括了例如电功、表面功等多种形式。对于气体而言,因体积的变化而引起的系统与环境间交换的功被称为体积功;相应的,非体积功则应用于更广泛的物体和过程,如人推车、火箭升空等。

在热力学的角度来看,非体积功在可逆过程中的最大值等于吉布斯自由能的变化量。也就是说,当一个过程进行到系统能做的最大非体积功时,这个过程就可以被认为是可逆的。

非体积功也与化学势有关,在等温等压条件下,系统的吉布斯自由能变化量是系统对外做的非体积功的最大值。

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