MATLAB用于应用型本科《物理化学》计算的实践

傅骏　赵怀昊　侯勇

摘要：MATLAB被称为“第四代计算机语言”。通过上机学习，学生具备了利用MATLAB对《物理化学》中的题目分别进行科学计算、求解方程、计算积分、绘制二维图形、曲线拟合等能力，使学生从繁琐的计算中解脱出来。

关键词：MATLAB；应用型本科；物理化学

中图分类号：C37 文献标志码：A文章编号：2095-9214（2016）03-0064-01

笔者在为应用型本科工科专业学生讲授《物理化学》时，进行了应用MATLAB进行计算的教学实践。

1.认识MATLAB

数值计算常常占用了我们的大量时间，即使是在计算机出现以后，借助编程语言，还是有很多问题难以解决。美国MathWorks公司的MatLab集科学计算、图象处理、自动控制、信号处理、仿真技术、遗传算法、神经网络和等学科的处理功能于一体，被誉为“第四代计算机语言”的优秀代表。

2.MATLAB的应用举例

（1）科学计算

1）MATLAB可以做的基本数学运算有：加（+）、减（-）、乘（*）、除（/）以及幂次运算（^）。表达式中只用小括号，不用中括号、大括号等。

在MATLAB中，基本数学运算有加减乘除、幂运算。基本数学函数：exp（x）、log（x）、sqrt（x）。

题1假设CO2遵守范德华方程，求1molCO2在27℃由10dm3定温可逆压缩到1dm3所做的功。

解：查表得到CO2的范德华常数。在MatLab命令窗口中输入：

>> 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）））

回车后，得到结果为：W=5516J。

回车后，得到结果：k=[8.50 8.22 8.16 8.10]/105。则速率常数K为平均数k=8.24/105。

（2） 解方程

在MATLAB中，求解方程的函数为solve。

题3气体氦自0℃、5*105Pa、10dm3的始态，经过一绝热可逆膨胀过程至终态105Pa，求终态温度T2。

解：绝热可逆过程有公式，CpmlnT2T1=Rln=P2P1，代入数据，在MATLAB命令窗口中输入，

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

回车后，得到结果，T2=143K。

（3）积分

在MATLAB中，计算积分的函数为int。

题4计算1g理想气体N2在常压下由600℃冷却到20。C时所放出的热。

解：查表，N2热容表达式为Cpm=27.87+0.00423T。在MATLAB命令窗口中输入，

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

回车后，得到结果，Q=-628.4J。

2.4绘制二维图形

在MATLAB中，绘制二维图形的函数为plot。

题5固态氨的饱和蒸汽压与温度的关系为lnp=27.92-3754/T，试绘制在T=[200，500]曲线图。

回车后，图形窗口中显示一条直线，为lnp-1/T图形。命令窗口中显示斜率为a=-5561.7，则其气化热为ΔvapHm=-a*R=46240J·mol-1。

3.效果

学生掌握了MATALB进行计算，从大量繁琐的计算中解脱出来，将精力留在学习物理化学基本概念、定义和公式上，显著提升了物理化学教学效果。

（作者单位：四川工程职业技术学院材料工程系）

课题项目：四川工程职业技术学院院级课题“应用型本科专业的基础课程教材建设与教法探讨（项目编号：GG201562108）”

参考文献：

[1]王沫然.MATLAB与科学计算（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]张永昭，周光理.MATLAB在物理化学中的应用[J].广州化工：213，41（2）：54-56

[3]印永嘉，奚正楷，张树永.物理化学简明教程（第四版）[M].北京：高等教育出版，2010