MATLAB用于應(yīng)用型本科《物理化學(xué)》計(jì)算的實(shí)踐

傅駿　趙懷昊　侯勇

摘要：MATLAB被稱為“第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”。通過(guò)上機(jī)學(xué)習(xí)，學(xué)生具備了利用MATLAB對(duì)《物理化學(xué)》中的題目分別進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、求解方程、計(jì)算積分、繪制二維圖形、曲線擬合等能力，使學(xué)生從繁瑣的計(jì)算中解脫出來(lái)。

關(guān)鍵詞：MATLAB；應(yīng)用型本科；物理化學(xué)

中圖分類號(hào)：C37 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：2095-9214（2016）03-0064-01

筆者在為應(yīng)用型本科工科專業(yè)學(xué)生講授《物理化學(xué)》時(shí)，進(jìn)行了應(yīng)用MATLAB進(jìn)行計(jì)算的教學(xué)實(shí)踐。

1.認(rèn)識(shí)MATLAB

數(shù)值計(jì)算常常占用了我們的大量時(shí)間，即使是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后，借助編程語(yǔ)言，還是有很多問(wèn)題難以解決。美國(guó)MathWorks公司的MatLab集科學(xué)計(jì)算、圖象處理、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、仿真技術(shù)、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和等學(xué)科的處理功能于一體，被譽(yù)為“第四代計(jì)算機(jī)語(yǔ)言”的優(yōu)秀代表。

2.MATLAB的應(yīng)用舉例

（1）科學(xué)計(jì)算

1）MATLAB可以做的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算有：加（+）、減（-）、乘（*）、除（/）以及冪次運(yùn)算（^）。表達(dá)式中只用小括號(hào)，不用中括號(hào)、大括號(hào)等。

在MATLAB中，基本數(shù)學(xué)運(yùn)算有加減乘除、冪運(yùn)算。基本數(shù)學(xué)函數(shù)：exp（x）、log（x）、sqrt（x）。

題1假設(shè)CO2遵守范德華方程，求1molCO2在27℃由10dm3定溫可逆壓縮到1dm3所做的功。

解：查表得到CO2的范德華常數(shù)。在MatLab命令窗口中輸入：

>> W= -8.314*300*log（（10^（-3）-4.37/10^5）/

（10*10^（-3）-4.37/10^5））-3.64/10*（1/10^（-3）

-1/（10*10^（-3）））

回車后，得到結(jié)果為：W=5516J。

回車后，得到結(jié)果：k=[8.50 8.22 8.16 8.10]/105。則速率常數(shù)K為平均數(shù)k=8.24/105。

（2） 解方程

在MATLAB中，求解方程的函數(shù)為solve。

題3氣體氦自0℃、5*105Pa、10dm3的始態(tài)，經(jīng)過(guò)一絕熱可逆膨脹過(guò)程至終態(tài)105Pa，求終態(tài)溫度T2。

解：絕熱可逆過(guò)程有公式，CpmlnT2T1=Rln=P2P1，代入數(shù)據(jù)，在MATLAB命令窗口中輸入，

>>t=solve（‘20.79*log（x/273）=8.314*log（0.2））

回車后，得到結(jié)果，T2=143K。

（3）積分

在MATLAB中，計(jì)算積分的函數(shù)為int。

題4計(jì)算1g理想氣體N2在常壓下由600℃冷卻到20。C時(shí)所放出的熱。

解：查表，N2熱容表達(dá)式為Cpm=27.87+0.00423T。在MATLAB命令窗口中輸入，

>>Q=1/28*int（‘27.87+0.00423*x，873，293）

回車后，得到結(jié)果，Q=-628.4J。

2.4繪制二維圖形

在MATLAB中，繪制二維圖形的函數(shù)為plot。

題5固態(tài)氨的飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系為lnp=27.92-3754/T，試?yán)L制在T=[200，500]曲線圖。

回車后，圖形窗口中顯示一條直線，為lnp-1/T圖形。命令窗口中顯示斜率為a=-5561.7，則其氣化熱為ΔvapHm=-a*R=46240J·mol-1。

3.效果

學(xué)生掌握了MATALB進(jìn)行計(jì)算，從大量繁瑣的計(jì)算中解脫出來(lái)，將精力留在學(xué)習(xí)物理化學(xué)基本概念、定義和公式上，顯著提升了物理化學(xué)教學(xué)效果。

（作者單位：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系）

課題項(xiàng)目：四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題“應(yīng)用型本科專業(yè)的基礎(chǔ)課程教材建設(shè)與教法探討（項(xiàng)目編號(hào)：GG201562108）”

參考文獻(xiàn)：

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[2]張永昭，周光理.MATLAB在物理化學(xué)中的應(yīng)用[J].廣州化工：213，41（2）：54-56

[3]印永嘉，奚正楷，張樹(shù)永.物理化學(xué)簡(jiǎn)明教程（第四版）[M].北京：高等教育出版，2010