吉布斯函数的物理意义（什么是“吉布斯函数“）

本文目录

• 什么是“吉布斯函数“
• 讨论吉布斯自由能函数的桥梁和纽带作用
• 在热力学中，A、G、H、S各有什么物理意义
• 什么是吉布斯函数
• δrGm的物理意义是什么
• 吉布斯函数的意义是什么用处
• 什么是表面吉布斯能什么是表面张力它们之间有什么异同和联系
• 热力学中为什么要引入吉布斯自由能的概念，它的物理含义是什么
• 谁能给我讲讲海姆霍兹自由能和吉布斯自由能的物理意义

什么是“吉布斯函数“

吉布斯自由能又叫吉布斯函数,是热力学中一个重要的参量,常用 G 表示,它的定义是： G = U − TS + pV = H − TS 其中 U 是系统的内能,T 是温度,S 是熵,p 是压强,V 是体积,H 是焓. 吉布斯自由能的微分形式是： dG = − SdT + Vdp + μdn 其中μ是化学势. 吉布斯自由能的物理含义是在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,从系统所能获得的最大功.换句话说,在等温等压过程中,除体积变化所做的功以外,系统对外界所做的功只能等于或者小于吉布斯自由能的减小.数学表示是： 如果没有体积变化所做的功,即 W=0,上式化为： 也就是说,在等温等压过程前后,吉布斯自由能不可能增加.如果发生的是不可逆过程,反应总是朝着吉布斯自由能减少的方向进行. 特别地,吉布斯自由能是一个广延量,单位摩尔物质的吉布斯自由能就是化学势μ. 以上引用 又或： 吉布斯函数 Gibbs function 系统的热力学函数之一.又称吉布斯自由能.符号G,定义为： G＝H－TS（1）式中H、T、S分别为系统的焓、热力学温度和熵.吉布斯函数是系统的广延性质,具有能量的量纲. 如果一个封闭系统经历一个等温定压过程,则有： ΔG≤W′（2）式中ΔG为此过程系统的吉布斯函数的变化值,W′为该过程中的非体积功,不等号表示该过程为不可逆过程,等号表示该过程为可逆过程.式(2)表明,在等温定压过程中,一个封闭系统吉布斯函数的减少值等于该系统在此过程中所能做的最大非体积功. 如果一个封闭系统经历一个等温定压且无非体积功的过程,则根据式（2）可得： ΔG≤0（3）式(3)表明,在封闭系统中,等温定压且不作非体积功的过程总是自动地向着系统的吉布斯函数减小的方向进行,直到系统的吉布斯函数达到一个最小值为止.因此,在上述条件下,系统吉布斯函数的变化可以作为过程方向和限度的判断依据,尤其是在相平衡及化学平衡的热力学研究中,吉布斯函数是一个极其有用的热力学函数.

讨论吉布斯自由能函数的桥梁和纽带作用

G=U−TS+pV=H−TS，其中U是系统的内能，T是温度，S是熵，p是压强，V是体积，H是焓。ΔxHm《0而ΔrSm《0或ΔxHm》0而ΔrSm《0》0的情况，反应究竟向哪边进行，则要综合考虑△H和△S的影响来进一步讨论。定义吉布斯自由能G=H－TS。因为H、T、S均为状态函数所以G为状态函数。吉布斯自由能改变量-ΔG=-(G2-G1)》=W非。表明状态函数G是体系所具有的在等温等压下做非体积功的能力。反应过程中G的减少量-ΔG是体系做非体积功的最大限度。这个最大限度在可逆途径得到实现。反应进行的方向和方式可以由ΔG进行判断：-ΔG》W非反应以不可逆方式自发进行-ΔG=W非反应以可逆方式进行-ΔG0不能进行可见等温等压下体系的吉布斯自由能减小的方向是不做非体积功的化学反应进行的方向。任何等温等压下不做非体积功的自发过程的吉布斯自由能都将减少。这就是吉布斯自由能的物理意义。希望对您有所帮助！

在热力学中，A、G、H、S各有什么物理意义

A似乎不是热力学量，可能表面功的受力面积G 是吉布斯函数（定义： G=U-TS+pV）H 是焓 （H=U+pV）S 是熵 （dS=dQ/T）（U是内能，T温度，Q热量，V体积，p压强）G,H,S都是在特定情况下为了研究方便而人为引入的热力学量，可以认为是内能、热量等物理量的辅助函数。熵在微观意义上表示系统混乱程度，尤其是研究绝热系统时使用很方便；吉布斯函数处以系统物质的量后就是化学势，往往研究等温等容条件下的系统；焓在研究等压热容或节流过程时比研究内能方便得多。

什么是吉布斯函数

吉布斯函数，即吉布斯自由能(G)。ΔG=ΔH-TΔS 式中 H为焓；T为热力学温度；S为熵。在恒温恒压和理想状态下，一个化学反应能够做的最大有用功等于反应后吉布斯自由能的减少；而反应自发性的正确标志也正是它产生有用功的能力。因此，从某一反应的吉布斯自由能变量ΔG可以判断反应能否自发进行；ΔG＜0时，反应在恒温恒压下可以产生有用功，因而反应是自发的；ΔG＞0 时，反应是非自发的；ΔG＝0 时，反应体系处于平衡状态。从公式 ΔG＝ΔH－TΔS 看，化学反应的推动力(ΔG)依赖于两个量：①形成或断开化学键所产生的能量变化 (ΔH)；② 体系无序性变化与温度的乘积。这个公式后来被称为吉布斯方程。它是化学中最有用的方程之一。自吉布斯方程为化学界普遍接受后，人们终于从本质上辨明了化学反应的推动力。过去一切有关的含糊不清的概念得到了澄清。

δrGm的物理意义是什么

ΔrGm是吉布斯自由能。

吉布斯自由能（Gibbs **** energy）在化学热力学中为判断过程进行的方向而引入的热力学函数。又称自由焓、吉布斯自由能或自由能。 自由能指的是在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分。自由能(**** energy)在物理化学中，按照亥姆霍兹的定容自由能F与吉布斯的定压自由能G的定义。吉布斯自由能是自由能的一种。

扩展资料:

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，常称为自由能或自由焓。其 SI 单位为焦耳(J)。与其他热力学函数一样，G也具有状态函数的属性。

由于H绝对值未知故G的绝对值也是不可知的，但其变化量即ΔG只决定于系统的始态和终态，而与变化的具体途径无关。吉布斯自由能具有广泛的功能特性，如在等温、等压条件下可作为反应自发进行方向的判据，还具有狭义化学势、最大非膨胀功和狭义表面自由能等功能。这些功能特性往往都是以其改变量ΔG来体现的。

吉布斯函数的意义是什么用处

吉布斯函数(Gibbs function)，系统的热力学函数之一。又称热力势、自由焓、吉布斯自由能等。符号G，定义为： 　　G＝H－TS 　　式中H、T、S分别为系统的焓、热力学温度(开尔文温度K)和熵。吉布斯函数是系统的广延性质，具有能量的量纲。由于H，S，T都是状态函数，因而G也必然是一个状态函数。本段二、应用1、概述　　当体系发生变化时，G也随之变化。其改变值△G，称为体系的吉布斯自由能变，只取决于变化的始态与终态，而与变化的途径无关： △G=G终一G始 　　按照吉布斯自由能的定义，可以推出当体系从状态1变化到状态2时，体系的吉布斯自由能变为：△G=G2一Gl=△H一△(TS) 　　对于等温条件下的反应而言，有T2=T1=T 　　则 △G=△H一T △S 　　上式称为吉布斯一赫姆霍兹公式（亦称吉布斯等温方程）。由此可以看出，△G包含了△H和△S的因素，若用△G作为自发反应方向的判据时，实质包含了△H和△S两方面的影响，即同时考虑到推动化学反应的两个主要因素。因而用△G作判据更为全面可靠。而且只要是在等温、等压条件下发生的反应，都可用△G作为反应方向性的判据，而大部分化学反应都可归入到这一范畴中，因而用△G作为判别化学反应方向性的判据是很方便可行的。 　　如果一个封闭系统经历一个等温定压过程，则有： 　　ΔG≤W′（2）式中ΔG为此过程系统的吉布斯函数的变化值，W′为该过程中的非体积功，不等号表示该过程为不可逆过程，等号表示该过程为可逆过程。式(2)表明，在等温定压过程中，一个封闭系统吉布斯函数的减少值等于该系统在此过程中所能做的最大非体积功。 　　如果一个封闭系统经历一个等温定压且无非体积功的过程，则根据式（2）可得： 　　ΔG≤0（3）式(3)表明，在封闭系统中，等温定压且不作非体积功的过程总是自动地向着系统的吉布斯函数减小的方向进行，直到系统的吉布斯函数达到一个最小值为止。因此，在上述条件下，系统吉布斯函数的变化可以作为过程方向和限度的判断依据，尤其是在相平衡及化学平衡的热力学研究中，吉布斯函数是一个极其有用的热力学函数。2、作为判据应用　　化学反应自发性判断： 　　考虑ΔH和ΔS两个因素的影响，可分为以下四种情况 　　1)ΔH《0,ΔS》0;ΔG《0正向自发 　　2)ΔH》0,ΔS《0;ΔG》0正向非自发 　　3)ΔH》0,ΔS》0;升温至某温度时，ΔG由正值变为负值，高温有利于正向自发 　　4)ΔH《0,ΔS《0;降温至某温度时，ΔG由正值变为负值，低温有利于正向自发

什么是表面吉布斯能什么是表面张力它们之间有什么异同和联系

表面吉布斯能可以理解为在温度、压力和组成恒定的条件下，增加单位面积表面时系统吉布斯能的增量。表面张力是收缩表面的力，表面张力的方向和表面相切，是垂直作用在表面上单位长度线段上的表面收缩力。在讨论表面现象时，表面吉布斯能是用热力学的方法来进行分析，而表面张力则是用力学的方法来讨论的，因此物理意义不同。但表面吉布斯能和表面张力是完全等价的，它们具有相同的量纲、等价的单位和相同的数值。

热力学中为什么要引入吉布斯自由能的概念，它的物理含义是什么

首先从熵开始，热力学第二定律的克劳修斯表述告诉我们，对于一个孤立绝热体系（无传热，无传质，无体积变化）的自发过程，其熵变都是大于等于零的。这样用熵这个状态函数就可以很容易地在数学上判定任何孤立绝热体系的演化方向，这个我相信你已经理解了。但是现实体系大多数都不是孤立绝热的，而多数时候是等温等容（比如控温刚性反应釜中的反应）或是等温等压（比如敞口烧杯中的反应）的。破坏了孤立绝热的条件，单纯用熵变来判定方向就失效了。但是人们又希望能有一个类似于熵的状态函数来帮助我们判定等容或等压反应的方向，那该怎么办呢？方法是假想一个近乎无限大的处于平衡态的环境(E)，并使之与你考虑的体系(S)相接触，S本身的体积和能量可以变化，但S只能和E发生体积和能量交换，所以E+S总体上体积和能量都不发生变化，是孤立绝热的，那么就可以针对E+S使用熵增原理分析反应方向。这种分析的结果就导致了两个自由能函数（对于等容体系是赫尔姆兹自由能，对于等压体系是吉布斯自由能）的诞生。具体的推导过程请参见你的热力学课本。简而言之，由于E无限大，E的变化基本可以认为是可逆的，这样环境E的熵变(dS)完全可以通过体系和环境的传热来计算（dQ/T），而dQ又可以通过能量守恒和体系S的内能和体积变化联系起来，所以最终，E+S的总熵变，可以写成一个体系S的熵变以及体系S的内能和体积的函数，这个函数就是自由能。

吉布斯

你现在应该能够理解了，自由能之所以能用于判定等容/等压体系的反应方向，是因为它等价于环境和体系的总熵变（实际上为了让自由能具有能量的量纲，所以在总熵变的前面乘了一个温度T）。那么我们为什么不直接考虑总熵变，而要引入自由能这个量呢？因为直觉告诉我们一个体系的反应方向，应该可以由这个体系本身决定，而和周围环境的具体细节无关，环境E的引入纯粹是分析推导的需要，我们不希望在最终的结果中保留任何关于环境E的具体变量（比如E的熵变）。而自由能(E-TS, E+PV-TS)则纯粹是体系本身的状态函数，在数学上和环境无关，在理论上要漂亮得多，在使用上也方便得多。这就是自由能引入的基本思路，我认为还是很自然的。另外，可以证明自由能还有一个意义，就是它实际上是一个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，这个显然也是人们在设计热机时非常感兴趣的一个值。 至于你其后的几个问题：熵增原理等价于热力学第二定律，是整个平衡态热力学大厦的基础之一，当然已经被广泛认同。违反热力学第二定律的第二类永动机已经成为公认的伪科学。至于宇宙的问题，这个我就不专业了。如何描述宇宙依然是一个充满争议的问题，但是宇宙肯定不是我们通常意义上所理解的平衡态，所以把平衡态热力学套用在宇宙上的时候必须非常小心。最后再说一句，就算热寂论是对的，你也不能把ΔG套在宇宙上啊？宇宙也许是一个孤立绝热体系，但绝对不是一个等温等压体系啊

如果是回答课本，为了研究非隔离系统在等温等压下的能量及熵变化，所以引入吉布斯自由能。

谁能给我讲讲海姆霍兹自由能和吉布斯自由能的物理意义

Helmholts自由能：-W《-△A（A表示Helmholt自由能） 其意义是：在等温过程中，一个封闭系统所能做的最大功等于起Helmholt自由能的减少。Gibbs自由能：dG《δWf（G表示Gibbs自由能） 其意义是：在等温、等压条件下，一个封闭的系统所能做的最大非膨胀共等于起Gibbs自由能的减少。