設(shè)討論系統(tǒng)由A相和B相兩相組成,每相有n個(gè)組元,體積V,能量U,熵S和摩爾數(shù)mi。并且兩相間分割表面的位置是任意的。兩相各具有體積為VA和VB,因?yàn)榉指畋砻娌痪哂畜w積,即VS=0,故討論體系體積只考慮由體相組成,故其總體積為:
V=VA+VB [2-4-1]
設(shè)討論系統(tǒng)中A相的能量密度為uVA,B相的能量密度為uVB,A,B兩相的能量為:
uVAVA+uVBVB
而討論系統(tǒng)具有能量為U,故而定義U和uVAVA+uVBVB兩種能量的差異為:
US=U-(uVAVA+uVBVB) [2-4-2a]
稱(chēng)此能量差值US為內(nèi)能過(guò)剩量。意思是討論系統(tǒng)的能量本來(lái)應(yīng)該與組成系統(tǒng)的A,B兩相相內(nèi)區(qū)具有的總能量數(shù)值上一樣多,但現(xiàn)在系統(tǒng)總能量較兩相的能量多了US,故而US是討論系統(tǒng)過(guò)剩的、多出來(lái)的能量,Gibbs稱(chēng)之為“實(shí)際物質(zhì)的能量過(guò)剩”。由此可知Gibbs界面熱力學(xué)討論問(wèn)題的立腳點(diǎn)是各相的相內(nèi)區(qū)。
在Gibbs的原著中稱(chēng)此“過(guò)剩”為表面能量,并稱(chēng)US/A為表面能量密度。
與能量過(guò)剩相似,還有熵過(guò)剩、功函過(guò)剩、自由能過(guò)剩和組元過(guò)剩等等:
熱函 HS=H-(hVAVA+hVBVB) [2-4-2b]
功函 FS=F-(fVAVA+fVBVB) [2-4-2c]
自由能 GS=G-(gVAVA+gVBVB) [2-4-2d]
熵 SS=S-(sVAVA+sVBVB) [2-4-2e]
組成 miS=mi-(ρiAVA+ρiBVB) [2-4-2f]
由式[2-4-1]可知以上各式可寫(xiě)成為:
US=U-uVBV+(uVA-uVB)VA [2-4-3]
HS=H-hVBV+(hVA-hVB)VA [2-4-4]
FS=F-fVBV+(fVA-fVB)VA [2-4-5]
GS=G-gVBV+(gVA-gVB)VA [2-4-6]
SS=S-sVBV+(sVA-sVB)VA [2-4-7]
miS=mi-miBV+(miA-miB)VA [2-4-8]
由上列各式可見(jiàn),這些過(guò)剩量除了與討論體系的物理狀態(tài)相關(guān)外還取決于Gibbs分割表面的位置選擇,因?yàn)楦魇街畜w積VA應(yīng)與Gibbs分割表面的位置有關(guān)。
