Qué (quién) es Потенциалы термодинамические - definición
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ В ТЕРМОДИНАМИКЕ, УБЫЛЬ КОТОРЫХ В РАВНОВЕСНЫХ ПРОЦЕССАХ РАВНА ПОЛЕЗНОЙ ВНЕШНЕЙ РАБОТЕ
Термодинамический потенциал; Потенциалы термодинамические; Формулы Гиббса — Гельмгольца; Формула Гиббса — Гельмгольца; Уравнение Гиббса — Гельмгольца; Уравнения Гиббса — Гельмгольца
Термодинамические потенциалы
Термодинами́ческие потенциа́лы — внутренняя энергия U, рассматриваемая как функция энтропии S и обобщённых координат x_1,x_2,... (объёма системы, площади поверхности раздела фаз, длины упругого стержня или пружины, поляризации диэлектрика, намагниченности магнетика, масс компонентов системы и др.
ПОТЕНЦИАЛЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ
функции объема, давления, температуры, энтропии, числа частиц и других независимых макроскопических параметров, характеризующих состояние термодинамической системы. К потенциалам термодинамическим относятся внутренняя энергия, энтальпия, изохорно-изотермический потенциал (Гельмгольца энергия), изобарно-изотермический потенциал (Гиббса энергия). Зная какие-либо потенциалы термодинамические как функцию полного набора параметров, можно вычислить любые макроскопические характеристики системы и рассчитать происходящие в ней процессы.
Потенциалы термодинамические
определённые функции объёма (V), давления (р), температуры (Т), энтропии (S), числа частиц системы (N) и др. макроскопических параметров (xi), характеризующих состояние термодинамической системы. К П. т. относятся: Внутренняя энергия U = U (S, V, N, xi); Энтальпия Н = Н (S, р, N, xi); Гельмгольцева энергия (свободная энергия, или изохорно-изотермический потенциал, обозначается А или F) F = F (V, T, N, xi), Гиббсова энергия (изобарно-изотермический потенциал, обозначается Ф или G) G = G (p, Т, N, xi) и др. Зная П. т. как функцию указанных параметров, можно получить путём дифференцирования П. т. все остальные параметры, характеризующие систему, подобно тому как в механике можно определить компоненты действующих на систему сил, дифференцируя потенциальную энергию системы по соответствующим координатам. П. т. связаны друг с другом следующими соотношениями: F = U - TS, Н = U + pV, G = F + pV. Если известен какой-либо один из Т. п., то можно определить все термодинамические свойства системы, в частности получить Уравнение состояния. При помощи П. т. выражаются условия термодинамического равновесия системы и критерии его устойчивости (см. Равновесие термодинамическое).
Совершаемая термодинамической системой в какой-либо процессе работа определяется убылью П. т., отвечающего условиям процесса. Так, в условиях теплоизоляции (адиабатический процесс (См. Адиабатный процесс), S = const) элементарная работа dA равна убыли внутренней энергии: dA = - dU. При изотермическом процессе (См. Изотермический процесс) (Т = const) dA = - dF (в этом процессе работа совершается не только за счёт внутренней энергии, но и за счёт поступающей в систему теплоты). Часто процессы в системах, например химические реакции, идут при постоянных р и Т. В этом случае элементарная работа всех термодинамических сил, кроме сил давления, равна убыли термодинамического потенциала Гиббса (G), т. е. dA' = - dG.
Равенство dA = - dU выполняется как для квазистатических (обратимых) адиабатических процессов, так и для нестатических (необратимых). В остальных же случаях работа равна убыли П. т. только при квазистатических процессах, при нестатических процессах совершаемая работа меньше изменения П. т. Теоретическое определение П. т. как функций соответствующих переменных составляет основную задачу статистической термодинамики (см. Статистическая физика).
Метод П. т. широко применяется для получения общих соотношений между физическими свойствами макроскопических тел и анализа термодинамических процессов и условий равновесия в физико-химических системах. Термин "П. т." ввёл французский физик П. Дюгем (1884), сам же основатель метода П. т. Дж. У. Гиббс пользовался в своих работах термином "фундаментальные функции".
Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Статистическая физика, 2 изд., М., 1964 (Теоретическая физика, т. 5); Леонтович М. А., Введение в термодинамику, 2 изд., М. - Л., 1952; Рейф Ф., Статистическая физика, пер. с англ., М., 1972 (Берклеевский курс физики, т. 5); Гиббс Д. В., Термодинамические работы, пер. с англ., М. - Л., 1950.
Г. Я. Мякишев.
Wikipedia
Термодинамические потенциалы
Термодинами́ческие потенциа́лы — внутренняя энергия , рассматриваемая как функция энтропии и обобщённых координат (объёма системы, площади поверхности раздела фаз, длины упругого стержня или пружины, поляризации диэлектрика, намагниченности магнетика, масс компонентов системы и др.), и термодинамические характеристические функции, получаемые посредством применения преобразования Лежандра к внутренней энергии
- .
Цель введения термодинамических потенциалов — использование такого набора естественных независимых переменных, описывающих состояние термодинамической системы, который наиболее удобен в конкретной ситуации, с сохранением тех преимуществ, которые даёт применение характеристических функций с размерностью энергии. В частности, убыль термодинамических потенциалов в равновесных процессах, протекающих при постоянстве значений соответствующих естественных переменных, равна полезной внешней работе.
Термодинамические потенциалы были введены У. Гиббсом, говорившим о «фундаментальных уравнениях (fundamental equations)»; термин термодинамический потенциал принадлежит Пьеру Дюгему.
Выделяют следующие термодинамические потенциалы:
- внутренняя энергия (изохорно-изоэнтропийный потенциал)
- энтальпия (изобарно-изоэнтропийный потенциал)
- свободная энергия Гельмгольца (изохорно-изотермический потенциал)
- потенциал Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)
- большой термодинамический потенциал
