热力学状态函数法与系统 计算方法的教学研讨I
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热力学状态函数法与系统 计算方法的教学研讨I
作者：安燕 吴玉娟
来源：《知识力量·教育理论与教学研究》2012年第19期
[摘要]热力学是大学物理化学最主要的内容，其中状态函数及其变量的计算是重点和难点，而状态函数法在热力学理论计算中有着十分重要和广泛的应用。文中以热力学第二定律熵判据中△S 的计算方法教学为例，主要讨论系统发生单纯状态变化过程的△S 计算。通过对单纯状态变化过程进行分类，应用状态函数法设计不同的变化途径来计算过程的△S ，并对各计算理论进行了系统化、层次化的总结归纳，探讨教学计算技巧。
[关键词]热力学 变量 状态函数法 全微分 熵变
现代科技的快速发展对高等教育的学科教学体系、课程设置、课程内容、教学学时等提出了更高的要求，如何在有限的教学时间内顺利完成教学内容，并达到预期教学目的和取得好的教学效果是我们课程教师面临的教学研究和实践课题。物理化学是化工、生物、材料、矿业、食品、药学等专业重要的专业基础课，知识内容涉及多学科领域，对学习其它专业课程和科学研究以及工业实践都具有极其重要的意义。该学科突出的特点是内容广泛，理论多而严谨，逻辑性强又抽象，有深度；内容系统化、线条化、层次化，且相互衔接、密切联系。
热力学是物理化学研究的最主要和最重要的内容，是其研究方法中的主要理论基础。热力学涉及面广（热力学第一定律、第二定律、化学势、化学平衡、多相平衡、电化学、表面现象），其理论推导与前置相关专业课程包括数学、物理联系密切。由于物理化学的强理论性和多内容、有深度等特点，课程学习困难较大。在热力学理论中，变化过程方向的熵判据极为重要，它是其它判据（如Helmholze 判据和Gibbs 判据）的基础，应用广泛，它提供了物质变化过程方向及限度的计算和判断方法。要合理应用熵判据，必须学会正确计算变化过程的熵变△S 。各种物理化学教材中，熵概念及系统熵变△S 的计算在热力学第二定律部分介绍，公式很多，学习者感觉内容太多和散杂，概念理论难理解和记忆，公式应用时混淆，对各式使用条件不清晰，难以掌握正确的计算方法。本文仅就如何运用状态函数法对热力学中系统△S 的计算作一点教学研究，探讨教学技巧。
一、热力学状态函数法
热力学中，物理量变化值（变量）的计算需要区别两种在实际中常用的量：与变化途径有关和与变化途径无关的量。与变化途径无关的量很多，如温度T 、压力p 、体积V 等，对于均相的恒组成系统，其变化值只与系统的初始态和最终态有关，而与途径无关，这种物理量即热力学状态函数。显然，热力学状态函数变化值的计算可以转化为数学上全微分的积分运算。只要系统的始、终态确定了，通过设计合理途径，完成相同的始、终态变化过程，即可计算该状