Question

热力学能是状态函数,为什么系统状态改变但热力学能却不一定改变?

Answer 1

问：热力学能是状态函数,为什么系统状态改变但热力学能却不一定改变?

答：热力学能是一种状态函数，意味着其取决于系统的初始和最终状态，而与系统在此过程中所经历的路径无关。因此，当系统发生状态变化时，其热力学能不一定会改变。

答：这里需要明确一个概念，即热力学能的定义。热力学能是系统内能、压力体积功和热量之和。其中，内能是分子热运动能量的总和，压力体积功是系统对外做功，而热量是能量的传递方式。因此，热力学能是系统内部的能量，其大小由系统的状态（如温度、压力、摩尔数等）决定。

答：在系统状态改变的过程中，可能会发生热量传递、做功等能量的转移。如果这些能量的转移和热力学能的变化互相抵消，那么系统的热力学能就不会改变。例如，当一个气体绝热膨胀时，其内能不变，因为没有热量传递；但同时气体对外做功，其压力体积功增加，因此热力学能没有改变。总之，热力学能是一种状态函数，取决于系统的状态，而与系统在此过程中所经历的路径无关。在系统状态变化的过程中，如果能量的转移和热力学能的变化互相抵消，那么系统的热力学能就不会改变。

问：也就是说热力学能从一个状态变到另一个状态后会改变，而在改变途中不一定变是这样吗？

答：热力学能是系统的一种状态函数，其数值取决于系统所处的状态，而与系统达到该状态的路径无关。因此，如果系统从一个状态变到另一个状态，热力学能的值也会相应地改变。在系统状态改变的过程中，如果系统的内部能量也随之发生变化，那么热力学能在这个过程中也会发生变化。但是在某些情况下，例如等压过程和等温过程中，热力学能并不会发生变化。这是因为在这些过程中，系统的内部能量的改变量与对应的热量或功的改变量是相等的，从而导致热力学能保持不变。因此，虽然热力学能是一个状态函数，但在系统状态改变的过程中，其数值也可能会发生变化，具体取决于系统在状态变化过程中内部能量的变化情况。