化学中的状态函数与物理中的势能都与始末状态函数有关!它们有内在联系吗?

Question

化学中的状态函数与物理中的势能都与始末状态函数有关!它们有内在联系吗?

Answer 1

状态函数：表征和确定体系状态的宏观性质.状态函数只对平衡状态的体系有确定值,对于非平衡状态的体系则无确定值.
在求各种热力学函数时,通常需要作路径积分(path integral),若积分结果与路径无关,该函数称为状态函数,否则即称为非状态函数.
若定义体系的一个性质A,在状态1,A有值A1；在状态2,有值A2,不管实现从1到2的途径如何,A在两状态之间的差值dA≡A2-A1恒成立,则A即称为状态函数.
例如：温度、压力、体积、密度、能量、形态等,还有热力学函数：U(内能)、H(焓)、G(吉布斯函数)、F(自由能)、S(熵)等可以定义为体系的一个与路径无关的性质,而功和热则不可以,因为功和热无法与体系的特定状态联系在一起.
状态函数的特征：状态函数的变化值只取决于系统的始态和终态,与中间变化过程无关；并非所有的状态函数都是独立的,有些是相互关联、相互制约的,例如：对于普通的 温度-体积 热力学体系,p（压强）、V（体积）、T（温度）、n（物质的量）四个只有三个是独立的,p与V相互之间常有状态方程f(p,V)=0相关联（如理想气体中pV=nRT）.
有些状态函数,如V和n,所表示的体系的性质具有加和性,称体系的量度性质或广延性质,其自身称为“广延量”.有些状态函数如P和T等,所表示的性质不具有加和性,称体系的强度性质,其自身称为“强度量”.
势能
一、保守力 与非保守力
若力所做的功仅由受力质点始末位置决定而与受力质点所经历的路径无关,或者说,此力沿闭合路径所做的功等于零,这种力就叫做保守力.重力,弹簧弹性力,静电场力以及第六章谈到的万有引力均系保守力.
并非各种力都是保守力.前节例题中雪橇所受摩擦力做功不仅与受力质点始末位置有关而且与质点路径也有关系.此外,内燃机中气体对活塞的推力、磁场力等也都具有这种特性.若力所做的功不仅决定于受力质点始末位置而且和质点经过的路径有关,或者说,力沿闭合路径做的功不等于零,这种力叫非保守力.其中像滑动摩擦力做负功常损耗动能,这类非保守力又称耗散力.
二、势能
势能概念是在保守力概念的基础上提出的.对于保守力,受力质点始末位置一定,力的功便确定了.因此,可以找到一个位置函数,并使这个函数在始末位置的增量恰好决定于受力质点自初始位置通过任何路径达到终止位置保守力做的功,这个函数就是势能.
用 Ep0 和 Ep 分别表示质点在始末位置的势能,用 A保 表示自始位置到末位置保守力的功,则
Ep - Ep0 = - A保
表明与一定保守力相对应的势能的增量等于保守力所做功的负值,此即势能的定义.若保守力做正功,则势能减少,若保守力做负功,则势能增加.例如,将质点高举,重力与质点运动方向相反,重力做负功,重力势能增加；若质点自高处下落,重力做正功,则重力势能减小.