热力学中为什么要引入吉布斯自由能的概念,它的物理含义是

发布网友发布时间：1天前

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热心网友时间：2024-12-04 19:35

热力学中引入吉布斯自由能概念的目的是为了解决等容或等压反应方向判定的问题。在现实体系中，大多数并非孤立绝热体系。熵变无法用来判定等容或等压反应方向。通过假想一个近乎无限大处于平衡状态的环境(E)，并与实际体系(S)接触，E+S形成孤立绝热体系。环境E的熵变可以通过体系和环境的传热来计算，从而导出自由能的概念。

自由能(E-TS)或赫尔姆兹自由能(E)对于等容和等压体系分别适用，成为体系本身决定反应方向的独立状态函数。引入自由能是因为它与体系本身的状态相关，不受环境具体细节的影响，符合直觉。自由能不仅在数学上与环境无关，使用上也更方便。

自由能的引入简化了热力学分析，因为它等价于环境和体系总熵变的温度乘积。实际上，自由能表示的是体系在等温等容或等温等压条件下从状态A到状态B对环境的最大做功。这个概念在热机设计中尤为重要。

熵增原理与热力学第二定律紧密相关，是平衡态热力学的基础。违反热力学第二定律的第二类永动机已被公认为伪科学。至于宇宙问题，它并非通常意义上的平衡态体系，将平衡态热力学原理应用于宇宙需谨慎。即便热寂论正确，也不应将ΔG直接套用于宇宙。