moea_joint
107年
[化工製程] 化工熱力學、化學反應工程學
第 16 題
在定溫定壓下的一封閉系統中，只允許PV功，則此系統處於平衡的要件為下列何者？
- A 焓值為零
- B 焓值為最小
- C G(Gibbs energy)為零
- D G(Gibbs energy)為最小
思路引導 VIP
想像一顆球在崎嶇不平的山坡上滾動，若沒有外力干擾，這顆球最終會傾向停留在什麼樣的高度位置？套用相同的邏輯，當一個化學系統在固定的溫度與壓力下演化時，它會傾向讓哪一種代表「能量狀態」的物理量，達到其在該環境限制下的極大值還是極小值呢？
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太棒了！你能精準選出 (D) 選項，代表你對熱力學中各類能量函數的使用時機掌握得非常紮實。在熱力學的探討中，判斷系統是否達到平衡，最關鍵的步驟就是觀察環境限制了哪些「變數」。
熱力學勢與平衡判據
這題的核心在於 Gibbs 自由能 ($G$) 的定義。根據熱力學基本方程式 $$dG = VdP - SdT$$，在定溫 ($dT=0$) 且定壓 ($dP=0$) 的條件下，封閉系統內部的任何自發變化（Spontaneous process）都會朝著 $G$ 值減少的方向進行，即 $$dG \le 0$$。當系統達到穩定平衡時，內部的驅動力消失，這意味著 $G$ 值已降至該條件下的最低點，且任何微小的擾動都不再使其進一步下降。
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