Термодинамі́чні потенціа́ли — набір функцій стану термодинамічної системи, який характеризує її поведінку при термодинамічних процесах. У випадку внутрішньої енергії і вільної енергії, їхня зміна у самочинних процесах дорівнює виконаній системою роботі.
До термодинамічних потенціалів належить внутрішня енергія, ентальпія, вільна енергія (потенціал Гельмгольца), вільна ентальпія (потенціал Ґіббса) та інші.
З чотирьох основних фізичних величин, які характеризують термодинамічну систему: тиску, об'єму, температури й ентропії, термодинамічні потенціали залежать тільки від двох. Дві інші визначаються, як похідні від термодинамічних потенціалів. Наприклад, знаючи вільну енергію, яка є функцією об'єму й температури, можна знайти тиск, встановивши, таким чином, рівняння стану.
В статистичній фізиці термодинамічні потенціали розраховуються або моделюються. Експериментальні залежності термодинамічних потенціалів від своїх параметрів для конкретних речовин можна знайти в довідниках, що використовуються в теплофізиці.
Внутрішня енергія
Внутрішня енергія, як термодинамічний потенціал є функцією об'єму й ентропії: . Для диференціала внутрішньої енергії справедливе основне співвідношення
,
Таким чином, знаючи залежність вільної енергії від об'єму й ентропії можна визначити тиск і температуру тіла.
В цій формулі й надалі індекс вказує, що часткова похідна визначається при умові сталості позначеної індексом змінної (у цьому випадку — ентропії).
Аналогічно В статистичній фізиці цей вираз використовується для означення температури.
Вільна енергія
Вільна енергія, яку також називають вільною енергією Гельмгольца, визначається, як .
Вільна енергія зазвичай використовується для опису ізотермічних процесів і є функцією об'єму й температури тіла: . .
Таким чином, ,
Ентальпія
Ентальпія або теплова функція визначається, як .
Ентальпія використовується для опису ізобарних процесів, тобто процесів, які відбуваються при сталому тиску. Ентальпія залежить від тиску й від ентропії системи: .
Якщо процес проходить при сталому тиску, то приріст ентальпії дорівнює переданій тілу теплоті dQ = TdS.
Таким чином, ,
.
Вільна енергія Ґіббса
Вільна енергія Ґіббса, яку ще називають просто термодинамічним потенціалом (у вузькому значенні слова), визначається, як .
Вільна енергія Ґіббса є функцією тиску й температури .
,
.
У випадку системи із змінним числом частинок вільна енергія Ґіббса залежить окрім тиску й температури від числа частинок ,
де — хімічний потенціал і-го типу частинок. .
Рівність змішаних похідних
Вважаючи термодинамічні потенціали неперервними функціями своїх змінних та використовуючи рівність змішаних похідних функцій багатьох змінних, можна встановити важливі співвідношенням між похідними термодинамічних змінних. Так, використовуючи вільну енергію:
Співвідношення Максвелла
Джерела
Примітки
Див. також Термодинамічний стан
Посилання ТЕРМОДИНАМІЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ //Фармацевтична енциклопедія