證明熱力學能是狀態(tài)函數(shù)的新方法

摘要:對熱力學能是狀態(tài)函數(shù)的證明過程中所存在的問題進行了討論，并提出了證明熱力學能是狀態(tài)函數(shù)的新方法。

關鍵詞:熱力學能狀態(tài)函數(shù)系統(tǒng)途徑

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)03(a)-0256-01

1 引言

熱力學能即內(nèi)能，是系統(tǒng)內(nèi)部能量的總和，包括分子的平動能、轉動能、振動能、電子能、核能以及分子間的相互作用勢能等[1，2，3]，它是依據(jù)熱力學第一定律建立起來的十分重要的函數(shù)[2]，是學習熱力學，深入、準確理解熱力學第一定律的關鍵所在。因此，證明“熱力學能是狀態(tài)函數(shù)”自然成為教學的重點和難點。

2 熱力學能是狀態(tài)函數(shù)的證明

2.1 證明方法和過程

關于“熱力學能是狀態(tài)函數(shù)”的證明，很多物理化學著作作了回避處理，而另一些文獻在證明時敘述方式略有不同，但原理和方法是一樣的，都結合圖形采用反正法加以證明。為了避免曲解原意，現(xiàn)將有關文獻的證明過程大意摘錄如下：

其一，設任意一系統(tǒng)處于一定的狀態(tài)A，可經(jīng)途徑I到達另一狀態(tài)B，亦可經(jīng)途徑II到達狀態(tài)B。如果熱力學能不是狀態(tài)函數(shù)，則兩條途徑的熱力學能改變值ΔU1≠ΔU2，只要令系統(tǒng)自狀態(tài)A出發(fā)，經(jīng)第一條途徑到達

狀態(tài)B，再沿第二條途徑的逆過程回到A，如此循環(huán)一周后，系統(tǒng)恢復了原狀，總能量的變化為：

ΔU=|ΔU1-ΔU2|>0

可見，系統(tǒng)獲得了多余能量，第一類永動機被制造出來，這是違反熱力學第一定律的，亦即ΔU1≠ΔU2不成立，換言之，系統(tǒng)的熱力學能變與徑

無關，只取決于始終態(tài)，因此，熱力學能是狀態(tài)函數(shù)（如圖1所示）。……