Общие методические указания для студентов заочной формы обучения, страница 2

DG = DH – TDS                                                 (3)

Первое из этих уравнений служит определением энергии Гиббса. Оно отвечает на вопрос, что называется энергией Гиббса, и не несёт другой информации (если не считать попутного определения энтальпии Н в записи (1)). По этой причине оно относится к категории 1. Уравнение (3) описывает изменение G в изотермическом процессе. Оно является следствием определения (1) и того факта, что величины G, H и S являются функциями термодинамического состояния. Поэтому любой студент может причислить выражение (3) к категории уравнений, которые легко выводятся и не требуют специальных усилий для запоминания. Наконец, уравнение (2) показывает зависимость G от T и p при равновесии в закрытой системе с постоянным химическим составом, когда внешнее давление р является единственной внешней силой. Это уравнение может быть первоначально помещено в категорию 2 (теоретическое уравнение, которое трудно вывести). Однако после некоторой самостоятельной работы многие студенты могут обнаружить, что оно выводится без большого труда из первого закона термодинамики, определения энтропии S (которое вводится вторым законом термодинамики) и определения энергии Гиббса (1). Таким образом, уравнение (1) оказывается в категории 1, а уравнения (2) и (3) в категориях 2 или 3 в зависимости от уровня понимания предмета и математической подготовки студента.

Не все физические величины определяются формальными математическими выражениями, как в случае энтальпии или энергии Гиббса. Для некоторых фундаментальных понятий, таких как внутренняя энергия и теплота, существуют только словесные определения, которые важно понимать, а не запоминать. Некоторые физические величины определяются косвенно, с помощью уравнений, описывающих зависимости между другими величинами. Например, уравнение Аррениуса

k = A exp(–E/RT)                                                   (4)

где ехр – показательная функция с основанием е, описывает зависимость константы скорости химической реакции k от температуры T. Одновременно оно служит определением энергии активации химической реакции. То есть, оно отвечает на вопрос, что называется энергией активации – это коэффициент Е в уравнении Аррениуса (4). Таким образом, это уравнение одновременно попадает в категории 1 и 2.

Не следует путать определения физических величин и их теоретическую интерпретацию, то есть объяснение их сути или смысла. Например, для энергии активации существуют две основные интерпретации, одна – в теории переходного состояния (или активированного комплекса), и одна – в теории столкновений. В первой из них, Е имеет смысл энергии, необходимой для образования активированного комплекса из реагирующих веществ, или, другими словами, высоты энергетического барьера, отделяющего реагирующие вещества от продуктов реакции. Во второй теории – это минимальный избыток энергии (по отношению к средней энергии), которым должны обладать реагирующие молекулы, чтобы преодолеть отталкивание между ними  при столкновениях. Каждая из этих интерпретаций объясняет физичес-