巨热力学势

大势是统计力学中使用的一个量,特别是对于开放系统中的不可逆过程。大势是大正则系综的特征态函数

定义

其中 U 是内部能量,T 是系统的温度,S 是熵,μ 是化学势,N 是系统中的粒子数

其中 P 是压力,V 是体积,使用基本的热力学关系(结合xxx和第二热力学定律);

d U = T d S − P d V + μ d N {displaystyle dU=TdS-PdV+mu dN}

当系统处于热力学平衡时,ΦG 最小。 如果体积固定且温度和化学势停止变化,则考虑 dΦG 为零可以看出这一点。

齐次系统(与非齐次系统)

对于标度不变类型的系统(其中体积为 λ V {displaystyle lambda V} 的系统与体积为 λ {displaystyle lambda } 的系统具有完全相同的微观状态集 V { displaystyle V} ), 那么当系统膨胀时,新的粒子和能量将从储层流入,用原始系统的均匀扩展填充新体积。巨热力学势

并且所有广延量(粒子数、能量、熵、势……)必须随体积线性增长

Φ G {displaystyle Phi _{rm {G}}} 的值可以 可以理解为通过将系统缩小为零(将所有粒子和能量放回储层)可以从系统中提取的功。 Φ G = − ⟨ P ⟩ V {displaystyle Phi _{rm {G}}=-langle Prangle V} 为负的事实意味着从系统中提取粒子到 水库需要能量输入。

许多系统中不存在这种均匀缩放。 例如,在分析单个分子甚至漂浮在太空中的一块金属中的电子系综时,空间体积加倍确实会使材料中的电子数量增加一倍。这里的问题是,尽管电子和能量是 与储层交换,物质主体不允许改变。

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