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水从高处流到低处(高能到低能)、水自然蒸发(低能到高能),这两者是否矛盾? 第1页

  

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水自然蒸发的过程依然是从高能到低能的哦,不过这里的“能”是吉布斯自由能。在恒压情况下自发的过程,都是吉布斯自由能降低的。

实际上,自发过程的更准确判据是熵增原理,而在恒压下,则可以等价成吉布斯自由能减小,也就是从高能到低能。而我们日常生活中的绝大多数过程都是恒压的,所以这也是为何经常会用到吉布斯自由能判据。如果不是恒压而是恒容过程,则是使用亥姆霍兹自由能。

下面是简单的推导过程,以证明恒压条件下吉布斯自由能判据与熵增原理等价:

假设环境向体系传导了 的热量,体系的熵变为 ,环境熵变为

当 时是自发过程(等于0时是可逆过程)

如果温度为 ,则

在恒压过程中,

所以

那么就有

其中等式左边被定义为了 ,吉布斯自由能

所以,在恒压的情况下,自发的过程就是吉布斯自由能降低的过程。在水的蒸汽压低于饱和蒸汽压时,水的蒸发虽然是内能增加的过程,但是却是熵增加的过程。因为吉布斯自由能是小于0的;但是当蒸汽压等于饱和蒸汽压时,吉布斯自由能就是等于0了,是可逆过程;而当水的蒸汽压高于饱和蒸汽压时,则大于0,此时水蒸气凝结成水才是自发的过程。

另一方面,从该式 中我们可以看到,对于水蒸发的过程, 而 ,那么当 降低时,将会更容易使得 ,这就是为何往往降温会导致水蒸气凝结成水滴。




  

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