1樓：叫皮皮不是蝦
瀉藥，太深的道理也沒必要多說啦，前面有很多大神都已經回答了，百分之三千同意！分享乙個小故事，來自於本科物化教授的乙個問題
Prof. : How to understand the FREE in Gibbs FREE Energy? What does that FREE mean?
我 ： 搖頭，擺手，IDK
Prof.：Y』all can understand in this way. Gibbs Free Energy is the part of energy which can be directly used.
看一下公式，說的好像確實很有道理
2樓：陳c000000
就吉布斯自由能的含義回答一下.
初學,我的神奇理解,自我感覺不錯.
大前提:過程熵( ) 狀態熵( )(這個是和熵增等價的),即
狀態熵只取決於物體的狀態,過程熵取決於具體的過程.
如果是絕熱體系,則過程熵為0,
推導出絕熱體系熵增.
另乙個直觀一點的說法,過程熵相當於傳入熵,狀態熵相當於儲存的熵,傳入1的熵,儲存了2的熵.
小前提:有環境E,體系M,環境E溫度不變,M的初末態與環境平衡, ,而a->b過程中M的溫度不要求.
推導:從M的角度思考過程熵,發現無法計算,但是可以從環境E的角度思考,過程熵
用自由能F,功W代替上式中的
可以獲得公式
換乙個直觀一點的說法就是輸入1的功,只儲存下了0.5的功(自由能),反之也一樣,消耗了1的自由能,只輸出了0.5的功.
如果再加乙個條件,外界不做功, ,則 ,外界不做功對應什麼呢?對應M的體積不變(只做體積功)
即: 同理:
那這樣對稱的結構有什麼含義呢?
什麼條件都沒有對應
加上 的條件,
加上 的條件,
加上 的條件,
這是個條件增加,熵含義越來越明確的過程,是不是很對稱.
所以等溫等壓下吉布斯自由能不增加本質對應熵增,非等溫等壓下的吉布斯自由能一般只是作為狀態變數 ,沒有這樣的含義.
3樓：徐蠢凱
我梳理一下吉布斯自由能的來由的思路：
低溫物體熱量不能傳遞給高溫物體 ；可逆機效率最高；任何過程的熱溫商小於乙個狀態函式，定義這個函式為熵；孤立體系熵總是增大的；對於等溫等壓過程，體系與環境的總熵是增大的；對於等溫等壓過程，有乙個狀態函式小於非體積功，這個狀態函式為吉布斯自由能G=H-TS
一般熱力學或者物理化學書應該都會講，我只是說個大概，書上講得比較詳細，但不一定對，還得取各家之所長，用嚴謹的邏輯穿起來，消化為自己的知識才好。
4樓：Alicia
G是和T,P,ni相關的
S大的disorder phase用溫度調節來達到穩態；高密度多晶（低molar volume)的用調節壓強來達到穩態。
感覺可以用於工業生產等怎麼調節你能調的變數來獲得你想要的物質狀態。
不是所有反應都G減雖然自發反應肯定是G減
也不是所有情況考慮G都最方便有些開放系統考慮分壓來達到平衡態比較方便？（複習中）
5樓：窗毗秋林
吉布斯自由能是基於等溫等壓的實驗條件來進行研究的，當下我們很多的研究都是在這些條件下進行的。關於化學勢，比表面能，電勢等等的定義，實際都是在等溫等壓下，加以別的合適的約束條件而得到的偏吉布斯自由能。
為什麼不用熱力學能U？因為這要求等熵，等容。等熵條件只能在絕熱可逆過程下存在。。。多麼不現實就不說了。等容的話，壓力一大，boom。。。
為什麼不用焓H來定義化學勢等等呢？因為這要求等熵等壓。亥姆霍茲函式A要求的是等溫等容。
所以為了理論上的發展能更貼合實際，暫時就只能引入G
6樓：Aeroergy
這個問題的關鍵不在於熱力學第二定律，而在於第三定律。
有了第三定律，我們就可以計算出不同物質的絕對熵，有了絕對熵的概念才有自由能的概念，使得不同物質的化學反應方向可以直接確定。
7樓：滄海一粟
自由能就是乙個體系能夠對外釋放的能量
束縛能就是乙個體系不能對外釋放的能量
自由能+束縛能=總能量
無機化學中，敞口容器內的化學反應，視為恆壓，若反應產生的熱都用於增加體積，對外做體積功，體系溫度始終與外界溫度相同，恆溫。
這種體系的自由能，稱為吉布斯自由能
此時吉布斯自由能 = 焓 － 溫度×熵焓就是這種體系的總能量(內能+體積功)
溫度×熵=熱能，這個體系溫度與外界相同，無法熱傳遞，所以這個體系的熱能無法對外釋放，是束縛能。
所以此時的吉布斯自由能的表示式的意思就是：總能量－束縛能
8樓：雲飛揚
我從化工的角度解釋一下吧，出於能量守恆定律的需求，人們定義了內能U，這樣你給物質熱量或者做功，物質內能U就會增加，反之則會減少，因此內能將熱和功統一成能量，考慮一下蒸汽動力迴圈為啥能計算就知道內能的用途了。對於化工而言，相或反應平衡很重要，尤其是一定溫度T和壓力p下的平衡，因為，這倆變數測量最方便，最容易確定，而體積則比較難實時測定。而實際上平衡等價於可逆。
現在假設已知T和p，也即T和p是乙個確定的值，則在只有非體積功，也就是沒有其他任何功的前提下有dU=δQ－pdV，δQ表示按任意過程變化時體系的熱量變化，且有δQ≤TdS，當按可逆過程變化時＝成立，因此有dU=δQ－pdV≤TdS－pdV，且過程可逆時=成立，也平衡時=成立，因此平衡時有dU=TdS－pdV，即dU－TdS+pdV=0，再考慮T和p為常數，可以進入微分，即有d（U－TS+pV）=0，括號裡面的就是G的定義。為啥G這麼重要？因為溫度壓力測起來最方便，如果溫度體積測起來最方便，那麼赫姆霍茲自由能就會最重要了。
其實也可以想一下壓力體積測起來最方便，會有什麼自由能最重要。
9樓：
熵（S）、吉布斯自由能（G）、亥姆霍茲自由能（A）都是有明確的物理化學意義的，三者均是系統在不同邊界條件下某一時刻的穩定性標度。具體地，吉布斯自由能的物理意義是封閉系統在定溫定壓下平衡態的穩定性標度。
熵增加原理是熱力學的基本定律，是被廣泛認同的。這不僅因為熵增加作為熱力學第二定律的原始表達形式，與熱力學第一定律共同構成整個熱力學的的核心，還因為從統計熱力學角度來看，熵增加是統計熱力學基本假定的乙個必然結論。在這裡需要說明的是，熵應當被定義為巨集觀狀態的多樣性（S=klnW）。
因此，除了熱力學第二定律對熵增加原理的表述，在統計熱力學範疇裡，熵增加原理還可以表述為：「對於乙個巨集觀系統，如果不受環境的擾動，那麼該系統總是不可逆自發地朝熵增加的方向發展。當系統達到最可幾巨集觀狀態時，系統的熵達到最大，系統也就達到了平衡態。
」宇宙不會因為熵增加而達到熱寂狀態。在將熵增加原理應用到實際環境時我們應當非常小心：熵增加原理中提到的系統為孤立系統。
那麼，孤立系統是如何定義的呢？一般而言，在經典熱力學框架中，系統+環境可以等同於乙個孤立系統，「系統」是我們研究的物件，「環境」則被看作無限大，「以致於」在其中發生的所有過程都是可逆的。但事實上，這種「以致於」並不能成立。
當環境相對於系統的特徵長度「無限大」時，我們無法保證可以將系統和環境視為乙個孤立系統。因為，一種特定的運動形式具有一定的特徵長度，一旦系統超過特徵長度，系統各部分難以彼此響應。在許多運動形式中，這個大系統的各部分之間無法彼此協調以構成乙個統一的微觀結構，在這種情況下，巨集觀狀態的定義缺乏依據。
所以，構成乙個孤立系統的條件，不應該是「無限大」，而應當相對於給定的某種運動形式的特徵長度而言。
請注意統計熱力學的基本假定：系統在巨集觀可分辨的時間範圍內，可以多次經歷所有的微觀狀態，並且各個微觀狀態出現的概率相等。換言之，如果系統在可觀察時間內，只能經歷系統所有可能微觀結構中的少數，那麼，我們無法保證系統總是能在巨集觀可分辨時間內達到平衡態。
以液體混合的過程為例，混合均勻所需要的時間並不是巨集觀不可分辨的，也就是說，在達到平衡態之前，會有相當一段時間出於非平衡態。這說明，化學平衡態的統治意義遠沒有統計熱力學所預期的那樣大。我們將系統改變微觀結構的單位時間定義為特徵時間。
以上提到的特徵時間和特徵長度，決定了實際環境常常不等同於熱力學環境。熱力學框架中的環境並不是隨意選擇的，而是乙個「理想環境」。這個理想環境可以視作乙個標準熵源。
而實際環境中的熵變是與過程的特性相關的，很多時候不能把實際環境與系統結合起來構成乙個滿足熱力學第二定律的大孤立系統。標準熵源與實際環境的熵值一致的情況只應出現在環境變化可逆的過程。
10樓：家居多肉動物
稍微通俗點
自由能:我們榨甘蔗，甘蔗就是物理學裡的系統，那榨♂出甘蔗汁就是做功(對外輸出能量)，最多能榨♂出多少汁♂的量就是自由能。
如果我一直用10N的力榨，能最多榨出多少汁，就是在恆壓下最大做功量，就是吉布斯自由能；
如果保持裝甘蔗的盒子不變，往裡面充氣，用氣壓榨，能最多榨出多少汁，就是恆容下最大做功量，就叫做亥姆霍斯自由能。
當然很容易看出來吉布斯自由能應用場景比較多，因為控制壓力增減容積很容易做到，比如搓個紙球就是，而反過來控制容積增減壓力就蠻不容易見到了。
11樓：王山
自然界中的各種能量品質不同，高品質的能量可自發轉化成低品質的能量，具有不同品質能量的體系對外做功r的能力不同。就好像你的財富構成中有現金和不動產，不同財富構成對應的購買力不同。
生活中我們關注乙個人的購買力，熱力學中我們關注乙個系統對外做功的能力。系統對外做功能力越強，系統越遠離平衡態。
吉布斯函式，也可以被叫做自由焓，是乙個體系的焓中品質比較好的那部分能量，可以對外做功的量。焓只有在等壓過程中才有意義，同樣，吉布斯函式也要在等壓下有意義。此外，體系回歸平衡態的過程往往伴隨著和外界的能量交換，實際生活中我們不時在等溫條件下做事情，更關注體系對外做功的能力。
總之，吉布斯函式是乙個輔助熱力學量，只有在特定的等壓等溫條件下，才有明確的物理意義，數值上等於體系可對外做的最大功。當體系的吉布斯函式等零的時候，體系回到了平衡態。
12樓：
通俗地說，Gibbs自由能代表了一定量（無化學反應與核反應）、一定壓力、一定溫度下乙個系統能做功（做功不一定只有體積功，也可能為電功等等）的能力。因為內能不一定能完全轉化為功嘛。
化學反應的話，由於使用了過渡態理論，基本假設為反應物與過渡態瞬間達到熱平衡，所以仍然可以用自由能變而不是化學勢說事。還有乙個原因是 ，粒子數變化跟Gibbs自由能變為線性關係。
注：化學勢定義為：一定溫度和壓強下，系統增加或減少單位數目的粒子，引發的自由能變。根據Gibbs公式，可以推導出化學勢的另外三個表示式。也可見這是乙個巨正則系綜中的概念。
為什麼吉布斯自由能可以判斷反應能不能進行？
黃一珂 多推公式 Benj 體系吉布斯自由能的減少等於它在恆溫恆壓下對外可能做的最大有用功，這個的推導困難嗎？只是因為Gibbs自由能是限定dT 0和dp 0情況下，體系做功函式的極值。dT 0，dV 0的情況就是Helmholtz自由能了。 某不知名404使用者 一句話描述就是世界萬物的變化都是趨...
熱力學第二定律開爾文表述中，為什麼要強調單一熱源？
會鍾意 因為如果不強調單一熱源，熱力學第二定律的開爾文表述就會增加這樣一種不可能的情況 熱機從高溫熱源吸熱 向低溫熱源放熱 使這些熱能轉變為有用的功，這個過程是不可能的。而這種情況其實是可能的，向低溫熱源放熱恰恰是開爾文表述中的 其他影響 為使熱力學第二定律不否定這種情況，就要強調單一熱源。 筱凌 ...
流體力學中為什麼要引入渦量？
侯維 我的理解 1.在2D情況下可以直接用vorticity equation證明existence and uniqueness 2.有些時候vortices代表了一種coherent strucuture，並且在勢流裡很常用，比如point vortex method 3.另外在勢流裡，基本上所...