
在高二阶段,你可能还未接触过多元微分学,但这并不妨碍我们尝试理解几个热力学公式的基本概念。
首先,我们需要明确热力学中的三个基本独立变量:P(压力)、V(体积)、T(温度)。在你的教科书中,这三者是热力学中常见的基本参数。
接下来,我们来看一个公式:dU = (∂U/∂T)p dT + (∂U/∂p)T dP。这个公式表示内能的全微分形式。这里,(∂U/∂T)p 和 (∂U/∂p)T 分别代表在压力和温度固定时,内能对温度和压力的变化率。
再来看一个公式:U = f(T, p, n)。这个公式表示内能只与温度、压力和物质的量有关。这里的n代表物质的量,因此,单位物质量的内能只与温度和压力有关。
我们可以通过导数的概念来理解这些公式。导数的物理意义是一个物理量相对于另一个物理量的变化率。你可能已经学过一元导数,即一个物理量只与另一个物理量有关时的导数,这就是我们通常所说的微分。当单位物质量的内能与压力和温度两个物理量有关时,我们就可以对内能进行二元微分,即全微分。这个过程可以表示为:dU = (∂U/∂T)p dT + (∂U/∂p)T dP。
同样,我们也可以将单位物质量的内能表示为:dU = (∂U/∂T)v dT + (∂U/∂V)T dV。对比这两个公式,我们可以看出(∂U/∂p)T ≠ (∂U/∂V)T(即:定温过程内能随压力的变化率与内能随体积的变化率是不同的),从而得出(∂U/∂T)v ≠ (∂U/∂T)p(即:内能随温度变化率,在定容过程与定压过程是不同的)。
这些公式涉及到了高数中的多元微分,同时也涉及到热力学中的微分关系式。虽然在高二阶段理解这些公式可能会有些困难,但只要你慢慢来,还是能够逐步理解其中的含义的。