Termodynamikkens første hovedsætning

Relaterede dokumenter
Statistisk mekanik 2 Side 1 af 10 Entropi, Helmholtz- og Gibbs-funktionen og enthalpi. Entropi

Statistisk mekanik 2 Side 1 af 10 Entropi, Helmholtz- og Gibbs-funktionen og enthalpi. Entropi

Første og anden hovedsætning kombineret

Tilstandssummen. Ifølge udtryk (4.28) kan MB-fordelingen skrives , (5.1) og da = N, (5.2) . (5.3) Indføres tilstandssummen 1 , (5.

Termodynamik. Esben Mølgaard. 5. april N! (N t)!t! Når to systemer sættes sammen bliver fordelingsfunktionen for det samlede system

Benyttede bøger: Statistisk fysik 1, uredigerede noter, Per Hedegård, 2007.

Elektromagnetisme 13 Side 1 af 8 Maxwells ligninger. Forskydningsstrømme I S 1

Elektromagnetisme 13 Side 1 af 8 Maxwells ligninger. Forskydningsstrømme I S 1

Statistisk mekanik 12 Side 1 af 9 Van der Waals-gas

Statistisk mekanik 10 Side 1 af 7 Sortlegemestråling og paramagnetisme. Sortlegemestråling

Nanotermodynamik formelsamling

Statistisk mekanik 10 Side 1 af 7 Sortlegemestråling og paramagnetisme. Sortlegemestråling

Elektromagnetisme 3 Side 1 af 8 Dielektrika 1. Elektrisk dipol

INDHOLD. 5 Lektion Opgave a b Opgave K Lynge opgave

Statistisk mekanik 13 Side 1 af 9 Faseomdannelse. Faseligevægt

1. Beregn sandsynligheden for at samtlige 9 klatter lander i felter med lige numre.

Elementær termodynamik og kalorimetri

Statistisk mekanik 12 Side 1 af 9 Van der Waals-gas

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Fredag d. 2. juni 2017 kl

Kræfter og Energi. Nedenstående sammenhæng mellem potentiel energi og kraft er fundamental og anvendes indenfor mange af fysikkens felter.

Formelsamling til Fysik B

Figur 1 Energetisk vekselvirkning mellem to systemer.

Om hypoteseprøvning (1)

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 27. maj 2014 kl

Danmarks Tekniske Universitet

Skriftlig eksamen i Statistisk Mekanik den fra 9.00 til Alle hjælpemidler er tilladte. Undtaget er dog net-opkoblede computere.

1. Varme og termisk energi

Elektrokemisk potential, membranpotential og. Donnanligevægt

Erik Vestergaard 1. Gaslovene. Erik Vestergaard

Anvendt BioKemi: MM2. Anvendt BioKemi: Struktur. 1) MM2- Opsummering. Aminosyrer og proteiner som buffere

Elementær termodynamik og kalorimetri

AALBORG UNIVERSITET DET INGENIØR-, NATUR- OG SUNDHEDSVIDENSKABELIGE BASISÅR SE - KURSUS TERMODYNAMIK 2. SEMESTER NANOTEKNOLOGI

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

Danmarks Tekniske Universitet

Fysikrapport: Rapportøvelse med kalorimetri. Maila Walmod, 1.3 HTX, Rosklide. I gruppe med Ulrik Stig Hansen og Jonas Broager

Elektromagnetisme 7 Side 1 af 12 Elektrisk strøm. Elektrisk strøm

Reaktionskinetik - 1 Baggrund. lineære og ikke-lineære differentialligninger. Køreplan

HALSE WÜRTZ SPEKTRUM FYSIK C Energiregnskab som matematisk model

Danmarks Tekniske Universitet

Eksamen i fysik 2016

Kvantitative Metoder 1 - Forår Dagens program

Tema. Dagens tema: Indfør centrale statistiske begreber.

Udledning af den barometriske højdeformel. - Beregning af højde vha. trykmåling. af Jens Lindballe, Silkeborg Gymnasium

Definition: Normalfordelingen. siges at være normalfordelt med middelværdi µ og varians σ 2, hvor µ og σ er reelle tal og σ > 0.

Fysik 12. Sebastian B. Simonsen. June 13, 2004

Undervisningsbeskrivelse. Fysik A - 2.A

Forklaring. Størrelsesforhold i biologien DIFFUSION. Biofysik forelæsning 8 Kapitel 1 (8) Mindste organisme: 0.3 :m = m (mycoplasma)

Dynamik. 1. Kræfter i ligevægt. Overvejelser over kræfter i ligevægt er meget vigtige i den moderne fysik.

Entropibegrebet Jacob Nielsen 1

Biofysik forelæsning 8 Kapitel 1 (8)

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Mandag d. 11. juni 2012 kl

Den klassiske oscillatormodel

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 8. august 2013 kl

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 11. august 2015 kl

KOMPENDIUM TIL STATISTISK FYSIK

Tillæg til partikelfysik (foreløbig)

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 2. juni 2015 kl

Undervisningsbeskrivelse

Bernoulli s lov. Med eksempler fra Hydrodynamik og aerodynamik. Indhold

Landmålingens fejlteori - Lektion 2 - Transformation af stokastiske variable

Statitisk fysik Minilex

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Tirsdag d. 31. maj 2016 kl

Energi, Enzymer & enzymkinetik.metabolisme

PARTIELT MOLÆRT VOLUMEN

Landmålingens fejlteori - Lektion 2. Sandsynlighedsintervaller Estimation af µ Konfidensinterval for µ. Definition: Normalfordelingen

Undervisningsbeskrivelse

Forelæsning 5: Kapitel 7: Inferens for gennemsnit (One-sample setup)

Overheads til forelæsninger, mandag 5. uge På E har vi en mængde af mulige sandsynlighedsfordelinger for X, (P θ ) θ Θ.

Rektangulær potentialbarriere

Elektromagnetisme 15 Side 1 af 5 Molekylært elektrisk felt. Molekylært E-felt i et dielektrikum. mol

MODUL 5 ELLÆRE: INTRONOTE. 1 Basisbegreber

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2018

Kvantemekanik 8 Side 2 af 10 Observable og operatorer. Grundlæggende egenskaber ved operatorrepræsentanter ( ) O= O. (8.4)

Økonometri: Lektion 2 Multipel Lineær Regression 1/33

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Torsdag d. 23. august 2012 kl

Elektromagnetisme 8 Side 1 af 8 Magnetfelter 1. Magnetisk induktion. To punktladninger og q påvirker (i vakuum) som bekendt hinanden med en. qq C.

Undervisningsbeskrivelse

Elektromagnetisme 10 Side 1 af 11 Magnetisme. Magnetisering

Exoterme og endoterme reaktioner (termometri)

Lineære differentialligningers karakter og lineære 1. ordens differentialligninger

Naturkræfter Man skelner traditionelt set mellem fire forskellige naturkræfter: 1) Tyngdekraften Den svageste af de fire naturkræfter.

Undervisningsbeskrivelse

Den levende kraft energi og varme

Undervisningsbeskrivelse

Anvendt BioKemi: MM4. Anvendt BioKemi: Struktur. 1) MM4- Opsummering. Små molekyler: fedtsyre. Store molekyler: fedt, lipids, lipoproteiner

Eksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

Aalborg Universitet. Skriftlig eksamen i Grundlæggende Mekanik og Termodynamik. Fredag d. 8. juni 2018 kl

Reeksamen 2014/2015 Mål- og integralteori

Statistiske modeller

Statistisk mekanik 5 Side 1 af 11 Hastighedsfordeling for ideal gas. Enatomig ideal gas

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Hvis α vælges meget lavt, bliver β meget stor. Typisk vælges α = 0.01 eller 0.05

Elementær sandsynlighedsregning

Når enderne af en kobbertråd forbindes til en strømforsyning, bevæger elektronerne i kobbertråden sig (fortrinsvis) i samme retning.

TERMODYNAMIK. Erik Both. Gunnar Christiansen

Youngs dobbeltspalteforsøg 1

Simpel Lineær Regression: Model

Udledning af Keplers love

Undervisningsbeskrivelse

Transkript:

Statistisk mekanik 2 Side 1 af 13 Termodynamikkens første hovedsætning Inden for termodynamikken kan energi overføres på to måder: I form af varme Q: Overførsel af atomar/molekylær bevægelsesenergi på det mikroskopiske plan som følge af temperaturforskelle. I form af arbede W: Makroskopisk forskydning af en krafts angrebspunkt. Endvidere opereres med begrebet indre energi E, hvorved forstås den kinetiske og potentielle energi forbundet med bevægelsen af et systems atomer og molekyler 1 i forhold til systemets massemidtpunkt 2. Termodynamikkens første hovedsætning (TI) Δ E = Q W (2.1) udtrykker således energibevarelse 3, idet et systems tilvækst i indre energi er lig den tilførte varmeenergi til systemet fratrukket det arbede, som systemet udfører på sine omgivelser. 1 Den del af den indre energi, som knytter sig til selve bevægelsen af et legemes atomer/molekyler, kaldes den termiske energi E term. Et legemes temperatur er i den forbindelse udtryk for den gennemsnitlige bevægelsesenergi af legemets enkelte atomer/molekyler. Den termiske energi er således en ekstensiv tilstandsvariabel, hvorimod temperaturen er ensiv. Den del af den indre energi, som knytter sig til den indbyrdes vekselvirkning atomer og molekyler imellem, kaldes på engelsk bond energy E. bond En ideal gas er således kendetegnet ved E = 0 og dermed E = E, svarende til at den indre energi af en ideal gas bond term kun afhænger af temperaturen. 2 Energien knyttet til systemets bevægelse som sådan er således ikke inkluderet. 3 Bemærk, at denne energibevarelse hviler på en sidestilling af det termodynamiske begreb varme og det mekaniske begreb arbede. Formuleringen af termodynamikkens første hovedsætning i midten af 1800-tallet på baggrund af bla. James Joules opdagelser førte således til den erkendelse, at termodynamik og mekanik er to sider af samme sag.

Statistisk mekanik 2 Side 2 af 13 Helmholtz-funktionen Helmholtz-funktionen, som defineres i det flg., angiver en øvre grænse for det arbede, som kan udføres i en proces, hvor temperaturen er uændret. Betragt derfor et system, som under vekselvirkning med et varmereservoir 4 med temperaturen T undergår en proces, hvori systemets start- og sluttemperatur er denne temperatur T 5. Betragtes systemet og reservoiret tilsammen som et isoleret system, haves fra udtryk (1.15) samt TII: Q Δ S+Δ SR =ΔS 0 : T hvor ΔS og TΔS Q, (2.2) Δ SR er entropitilvæksten for hhv. det betragtede system og varmereservoiret, og hvor Q er varmetilførslen fra reservoiret til systemet 6. Vha. TI findes flg. øvre grænse for det af systemet udførte arbede: TΔS Δ E + W : T W Δ E + TΔ S, (2.3) T idet W T er arbedet udført ved en proces med samme start- og sluttemperatur T. 4 Et system med uendelig stor varmekapacitet, sådan at temperaturen altid er den samme. 5 Det er således underforstået, at systemet til såvel start som slut er i en tilstand af termisk ligevægt, idet T i modsat fald ikke ville være defineret. Derimod behøver systemet ikke at være i termisk ligevægt underves i processen, og den omtalte proces er således ikke nødvendigvis isoterm. 6 Q er dermed varmetilførslen fra systemet til reservoiret.

Statistisk mekanik 2 Side 3 af 13 Indføres Helmholtz-funktionen som flg. tilstandsvariabel 7 : kan udtryk (2.3) skrives 8 F E TS, (2.4) WT Δ F. (2.5) Den øvre grænse for arbedet udført i en proces mellem to tilstande med samme temperatur er således givet ved Helmholtz-funktionens aftagen mellem de to tilstande. Da Helmholtz-funktionens aftagen således angiver den øvre grænse for, hvor meget energi, der kan omdannes ( blive frigort ) til arbede, kaldes F også systemets Helmholtz-frie energi. En tilvækst i Helmholtz-funktionen kræver således, at der bliver udført arbede på systemet ( W < 0) T, svarende til at F enten aftager eller forbliver konstant i spontant forløbende processer mellem to tilstande med samme T. Som bemærket i forbindelse med TII optræder der lighedstegn i udtryk (2.2), (2.3) og dermed i udtryk (2.5), hvis processen er reversibel, og skarpt ulighedstegn, hvis processen er irreversibel. Det udførte arbede antager således sin maksimale værdi for en reversibel proces. 7 I SM6 indføres den generaliserede Helmholtz-funktion energi også indeholder systemets potentielle energi i et eller flere konservative kraftfelter. 8 Eftersom at Δ F = ΔE TΔS SΔ T for denne proces, hvor Δ T = 0. * F = E TS, hvor E = E + E udover systemets indre pot

Statistisk mekanik 2 Side 4 af 13 Gibbs-funktionen Udført arbede i en infinitesimal proces kan skrives som en sum af produkter mellem en ensiv tilstandsvariabel 9 Y og en infinitesimal tilvækst i en tilhørende ekstensiv tilstandsvariabel X: dw. (2.6) = YidX i i Det mest velkendte eksempel 10 fra termodynamikken på et sådant YdX -arbede er PdV -arbedet W PdV = PdV. (2.7) Gibbs-funktionen, som indføres i det flg., angiver den øvre grænse for arbedet fraregnet YdX -arbedet i en proces, hvor såvel T som Y er uændrede. I det tilfælde hvor Y = P og X = V haves således hvor PdV PdV W W W PdV W således er arbedet fraregnet PdV -arbedet. = +, (2.8) 9 Se fodnote 24 i SM1. 10 Et andet eksempel hentet fra elektricitetslæren er det arbede dw = E dp = E dp, som det kræver at forøge proektionen af et systems elektriske dipolmoment p på et elektrostatisk felt E. Hvis E-feltet er upåvirket af denne tilvækst i systemets dipolmoment, er det samlede arbede, som systemet skal udføre på sine omgivelser (feltet) givet ved W = dw = E dp = p. E Dette arbede er minus det arbede, som feltet (Coulombkraften) skal udføre på systemet, og dermed ifølge EM2 lig systemets elektrostatiske energi E, hvilket fremgår af EM udtryk (3.5). el Bemærk, at p er proportional med ladning og dermed med stofmængde og således er et eksempel på en ekstensiv tilstandsvariabel X, hvorimod E er et eksempel på en ensiv tilstandsvariabel Y. Magnetiske dipoler ville f. EM udtryk (8.23) udgøre et helt tilsvarende eksempel. i { x, y, z} i i

Statistisk mekanik 2 Side 5 af 13 Hvis processen beskrevet i afsnittet om Helmholtz-funktionen ydermere har samme start- og sluttryk P, fås fra udtryk (2.5), (2.7) og (2.8): W + W = PΔV + W Δ F : PdV PdV PdV TP, TP, TP, PdV W TP, ΔF PΔV. (2.9) Indføres Gibbs-funktionen kan udtryk (2.9) skrives G F + PV = E TS + PV, (2.10) PdV TP, W Δ G. (2.11) Den øvre grænse for ikke- PdV -arbedet udført i en proces mellem to tilstande med samme temperatur og tryk er således givet ved Gibbs-funktionens aftagen mellem de to tilstande. Generelt defineres Gibbs-funktionen således G F + YX = E TS + YX, (2.12) svarende til at Gibbs-funktionens aftagen angiver den øvre grænse for ikke-ydx - arbedet udført i en proces mellem to tilstande med samme T og Y. YdX TY, W Δ G. (2.13) Analogt til Helmholtz-funktionen kaldes G systemets Gibbs-frie energi, og der er ligeledes lighedstegn hhv. skarpt ulighedstegn i udtryk (2.11) og (2.13) for hhv. reversible og irreversible processer. Bemærk, at da E, S og X er ekstensive tilstandsvariable, er både F og G det også.

Statistisk mekanik 2 Side 6 af 13 Første og anden hovedsætning kombineret Ved at kombinere TI for et PVT-system 11 med den differentielle variant af udtryk (1.15), fås: 12 dqr = TdS, (2.14) TdS = de + PdV. (2.15) Som ekstensive tilstandsvariable skalerer S, E og V med stofmængden n. Udtryk (2.15) har således flg. mol-specifikke variant 13 : Tds = de + Pdv, (2.16) hvor s Sn, e E n og v V n, ligesom T og P, er ensive tilstandsvariable. 11 Et system fuldt beskrevet ved P, V og T, hvor der dermed udelukkende udføres -arbede PdV ( Y P, X V) = =, sådan at dw = PdV 12 Udtryk (2.14) og (2.7) knytter sig til reversible processer, men bemærk, at udtryk (2.15) ikke knytter sig til nogen proces, men beskriver sammenhængen mellem tilstandsvariable i nabo-ligevægtstilstande. 13 For to systemer, der er ens i alle andre henseender end stofmængden, og som derfor har samme fysiske egenskaber, vil udtryk (2.15) have to forskellige varianter, hvorimod udtryk (2.16) vil være det samme for de to systemer.

Statistisk mekanik 2 Side 7 af 13 Kemisk Potential I dette afsnit indføres begrebet kemisk potential μ. Et systems bestanddele 14 vil søge mod lavest muligt kemisk potential (deraf navnet), og det kemiske potential indgår derfor i beskrivelsen af hvilke kemiske processer, der kan forekomme. Endvidere indgår μ ifølge SM3 i de såkaldte fordelingsfunktioner, herunder Fermi- Dirac-fordelingen. I det flg. roduceres begrebet som led i beskrivelsen af en simpel proces, og efterfølgende præsenteres en formel definition. To ideale gassers irreversible diffusion Betragt en beholder med rumfang V, der består af to adskilte rum indeholdende hhv. og n mol af to forskellige ideale n1 2 gasser, som begge er kendetegnet ved trykket P og temperaturen T. PV,, T n 1 n 2 Når adskillelsen fernes, og de to gasser diffunderer ind i hinanden, vil der med tiden opstå en ny ligevægtstilstand, som, idet gasserne er ideale 15, vil have uændret temperatur T og tryk hvor p er partialtrykket 16,17. P= p1+ p 2 (2.17) 14 Forskellige stoffer ( stof-bestanddele ) eller samme stof i forskellige faser. 15 En ideal gas er kendetegnet ved, at gasmolekylerne ikke vekselvirker med hinanden. I modsat fald ville en kemisk reaktion mellem to typer gasmolekyler f.eks. kunne føre til en temperaturændring. 16 Partialtrykket p er det tryk, som den te gas ville have givet anledning til, hvis den havde været alene i beholderen. 17 Jf. udtryk (2.17) er p < P, eftersom de to gasser efter diffusionen er spredt ud over et større rumfang.

Statistisk mekanik 2 Side 8 af 13 Da Gibbsfunktionen er ekstensiv, er systemets samlede Gibbsfunktion givet ved G= G + G 1 2 1 1 ng. 2 2 = ng + Det kan vises, at den molspecifikke Gibbsfunktion for en ideal gas, for hvilken kan antages konstant, kan skrives ( ln φ ( )) hvor φ ( T ) ses at være en enhedsløs funktion af T. (2.18) g = RT P+ T, (2.19) c P Gibbsfunktionen før og efter diffusionen er dermed ifølge udtryk (2.18) og (2.19) hhv. G = n g + n g i 1 1i 2 2i T( P ) n R T ( P ) = nr 1 ln + φ1 + 2 ln + φ 2, Gf = ng 1 1f + n2g2 f = nrt( ln p + φ ) + nrt ( l n p + φ ), 1 1 1 2 2 2 idet den te gas efter diffusionen giver anledning til partialtrykket p. (2.20) (2.21) De to gassers mol-andele er og ifølge idealgasligningen er sådan at 18 n x, n= n1+ n2, (2.22) n n = pv PV, n, RT = R (2.23) T x p =. (2.24) P 18 Mol-andelen og tryk-andelen er nødvendigvis ens, eftersom stofmængden og trykket er proportionale for en ideal gas.

Statistisk mekanik 2 Side 9 af 13 Ifølge udtryk (2.24) er ln p = ln P+ ln x, (2.25) sådan at udtryk (2.21) kan skrives f ( ln ln φ ) ( ln ln x φ ) G = nr 1 T P+ x1+ 1 + n2rt P+ 2 + 2. (2.26) Indføres det kemiske potential af den te gas: kan udtryk (2.21) skrives ( ln p φ ) μ = RT + f 1 1 2 2, (2.27) G = nμ + n μ. (2.28) Ved den irreversible diffusionsproces er tilvæksten i Gibbsfunktionen ifølge udtryk (2.20) og (2.28) ( μ ) ( μ ) Δ G= n g + n g i (2.29) 1 1 1i 2 2 2 G = nrtln x + n RTln x. (2.30) Alternativt, vha. udtryk (2.26): 19 Δ 1 1 2 2 Kemisk potential Ved sammenligning af udtryk (2.29) og (2.30) ses, at det kemiske potential af en bestanddel er μ g + RTln x, (2.31) hvor x er mol-andelen af den pågældende bestanddel, og hvor g er den mol-specifikke Gibbsfunktion for bestanddelen ved systemets samlede tryk P 20. 19 Bemærk, at da x < 1, er ln x < 0, og dermed er Δ G > 0 hvilket er i overensstemmelse med udtryk (2.11) for PdV denne irreversible proces med uændret tryk og temperatur, hvori der ikke bliver udført ikke- PdV -arbede (W = 0 )., 20 I modsætning til bestanddelens partialtryk. T P

Statistisk mekanik 2 Side 10 af 13 μ er således en ensiv tilstandsvariabel, og μ = g, hvis der kun er én bestanddel i systemet ( x = 1). Ved indsættelse af udtryk (2.19) og (2.25) ses udtryk (2.31) at være identisk med udtryk (2.27). Bemærk, at udtrykkene for g og μ i udtryk (2.19) og (2.27) er identiske, bortset fra at g er udtrykt ved det samlede tryk P, hvor μ er udtrykt ved partialtrykket p. 21 Åbne systemer Indtil nu har alle betragtede systemer underforstået været lukkede. Udtryk (2.15), de = TdS PdV, (2.32) gælder således for et lukket PVT-system beskrevet ved en tilstandsligning f ( P, V, T; n ) = 0 22, hvori n er en parameter 23 og ikke en variabel. Et lukket PVT-system således kendetegnet ved 2 frihedsgrader, idet fastlæggelse af to af de tre variable gennem tilstandsligningen vil fastlægge den trede. Alle tilstandsvariable vil således kunne fastlægges ud fra to andre, sådan at man ved at vælge S og V som uafhængige variable f.eks. har E E de = ds + dv S V V S som ved sammenligning med udtryk (2.32) giver E E T S V V =, = P S, (2.33). (2.34) 21 Svarende til, at hvis der kun er én bestanddel i systemet, er p = P og dermed μ = g. 22 For en ideal gas haves f.eks. ( ) f P, V, T; n = PV nrt = 0. 23 Ved beskrivelsen betragtes n som værende konstant, men en konstant, der kan antage en hvilken som helst værdi.

Statistisk mekanik 2 Side 11 af 13 Et åbent PVT-system er kendetegnet ved en tilstandsligning ( ) f P, V, T, n = 0, hvori n er en variabel, svarende til 3 frihedsgrader i stedet for 2, sådan at udtryk (2.33) erstattes med E E E. (2.35), de = ds + dv + dn S Vn, V Sn, n SV Et lukket system er således det samme som et åbent system med dn = 0, så pr. korrespondens med udtryk (2.33) og (2.34) må 24 E E T S V =, = P Vn, Sn,. (2.36) En alternativ definition af kemisk potential er μ E n, (2.37) svarende til at det kemiske potential er tilvæksten i indre energi pr. tilført stofmængde ved en proces med fastholdt entropi og rumfang. SV, Udtryk (2.35) kan således vha. udtryk (2.36) og (2.37) skrives de = TdS PdV + μdn, (2.38) og det generelle udtryk gældende for et vilkårligt åbent system er således ifølge udtryk (2.6): de = TdS YdX +μdn. (2.39) 24 I udtryk (2.34) er det således bare underforstået, at n er konstant.

Statistisk mekanik 2 Side 12 af 13 Der eksisterer en række alternativer til udtryk (2.37). Ifølge udtryk (2.4) og (2.12) er f.eks. 25 df = de TdS SdT, (2.40) dg = de TdS SdT + YdX + XdY. (2.41) Hvis summen i udtryk (2.39) for nemheds skyld antages at være begrænset til ét led YdX fås hhv. og dermed df = SdT YdX + μdn, (2.42) dg = SdT + XdY + μdn, (2.43) F μ =, (2.44) n T, X G μ =. (2.45) n TY, 25 Infinitesimale tilvækster regnes til laveste orden forskellig fra nul: d( YX) = ( Y + dy)( X + dx) YX = YdX + XdY + dydx, f. 2 dx dx = 2 2 2 ( x+ Δx) x x + + Δ lim Δx = lim Δx 0 Δx 0 ( ) 2 2 Δx 2x x x Δ x = lim( Δx + 2x) = 2x Δx 0 d ( xx) xdx + xdx 2xdx = = = 2x dx dx dx.

Statistisk mekanik 2 Side 13 af 13 Enthalpi Den ekstensive tilstandsvariabel enthalpien er defineret som der for Y = P og X = V reducerer til Ved sammenligning af udtryk (2.46) med udtryk (2.12) fås H E + YX, (2.46) H = E + PV. (2.47) G = H TS. (2.48) Den infinitesimale enthalpi-tilvækst mellem to nabo-tilstande er ifølge udtryk (2.46) dh = de + YdX + XdY. (2.49)