Термодинамические потенциалы

Термодинамические потенциалы. Введение в неравновесную термодинамику.

Основное неравенство и основное уравнение термодинамики

Основное неравенство термодинамики

= - соответствует равновесным термодинамическим процессам

> - неравновесным

Основное уравнение термодинамики равновесных (обратимых) процессов

Термодинамические потенциалы

Это метод описания равновесных термодинамических процессов в 1873-1878 разработан Джорджом Гиббсом.

Суть:

Основное уравнение термодинамики равновесных процессов совместно с уравнением состояния системы и выражением для внутренней энергии образуют систему трех уравнений

Которая является полноценной и совместной

В зависимости от выбора двух независимых параметров можно ввести термодинамические потенциалы, дифференцирование которых даст возможность вычислить другие параметры состояния равновесных процессов в термодинамической системе.

1. Внутренняя энергия U – термодинамический потенциал.

Пусть V и S – независимые параметры

Полный дифференциал функции

Т.е. мы получили формулы для нахождения остальных двух параметров из пяти (P,V,T,U,S)

2. Энтальпия H=U+PV – термодинамический потенциал

Пусть независимыми параметрами термодинамической системы будут P и S. Тогда основное уравнение

3. Свободная энергия. ш = U-TS – термодинамический потенциал Гельмгольца.

Пусть независимыми параметрами будут V и T.

ш = U-TS

Тогда

С другой стороны

Отсюда

Для необратимого процесса

Отсюда следует что если в системе проходит необратимый процесс при котором
Т=const и V=const то dT=0, dV=0, dш<0, а если обратимый то dш>0.

Это означает что при необратимом процессе свободная энергия термодинамической системы уменьшается и достигает своего минимума в состоянии равновесия.

4. Энергия Гиббса.

5.

Независимые параметры P и T

С другой стороны

Тогда

Взаимосвязь между термодинамическими потенциалами: