狀態函數
狀態函數
狀態函數（statefunction），即指表徵體系特性的宏觀性質，多數指具有能量量綱的熱力學函數（如內能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能）。狀態函數只對平衡狀態的體系有確定值，其變化值只取決於系統的始態和終態。另外，狀態函數之間相互關聯、相互制約。狀態函數按其性質可分為兩類，即廣度性質和強度性質，其區別在於是否與物質的量有關。
狀態函數
有時候也被稱作熱力學勢，但“熱力學勢”更多的時候是特指內能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能等四個具有能量量綱的熱力學函數。
狀態函數表徵和確定體系狀態的宏觀性質。狀態函數只對平衡狀態的體系有確定值，對於非平衡狀態的體系則無確定值。
在求各種熱力學函數時，通常需要作路徑積分（path integral），若積分結果與路徑無關，該函數稱為狀態函數，否則即稱為非狀態函數。
若定義體系的一個性質A，在狀態1，A有值A1；在狀態2，有值A2，不管實現從1到2的途徑如何，A在兩狀態之間的差值dA≡A2-A1恆成立，則A即稱為狀態函數。
狀態函數
2、狀態函數的微變dX為全微分。全微分的積分與積分路徑無關。利用這兩個特徵，可判斷某函數是否為狀態函數。
3、具有單值性。
4、狀態函數的集合（和、差、積、商）也是狀態函數。
狀態函數按其性質可分為兩類：
一類是容量性質（又稱廣度性質）。在一定條件下，這類性質的量只與體系中所含物質的量成正比關係，具有加和性。如質量、體積、內能等。
另一類是強度性質，其量值與系統中物質的量無關，不具有加和性，僅決定於系統本身的特性。如密度、溫度等。
簡單熱力學系統一般具有以下狀態函數，可以任意選區其中兩個作為獨立變數：
量綱（單位）不是能量的熱力學函數
| 物理量 | 符號 | 單位 |
|---|---|---|
| 體積 | V | |
| 壓強 | P | Pa和atm |
| 溫度 | T | K和℃ |
| 熵 | S | J/(mol·K) |
量綱（單位）是能量的熱力學勢
| 物理量 | 符號 | 單位 |
|---|---|---|
| 內能 | U | J |
| 焓 | H | J |
| 吉布斯自由能 | G | J |
| 亥姆霍茲自由能 | F | J |
上面給出的熱力學函數中，后四個具有能量的量綱，單位都為焦耳，這四個量通常稱為熱力學勢。
內能U 有時也用E表示
亥姆霍茲自由能A = U − TS 也常用F表示
焓 H = U + PV
吉布斯自由能 G = U + PV − TS
其中，T =溫度， S =熵， P =壓強， V =體積
分別選取T，S，P，V中的兩個為自變數，它們的微分表達式為：
dU = TdS - PdV
dF = - SdT - PdV
dH = TdS + VdP
dG = - SdT + VdP
通過對以上微分表達式求偏導，可以得到T，S，P，V四個變數的偏導數間的“麥氏關係”。
基本信息
- 中文名
- 狀態函數
- 外文名
- state function
- 定義
- 指表徵體系特性的宏觀性質
- 領域
- 工程
- 分類
- 廣度性質和強度性質
- 包括
- 內能、焓、吉布斯自由能