8. Термодинамические потенциалы. Химический потенциал системы, энтальпия, свободная энергия гельмгольца, потенциал гиббса.
Термодинами́ческие потенциа́лы — характеристические функции в термодинамике, убыль которых в равновесных процессах, протекающих при постоянстве значений соответствующих независимых параметров, равна полезной внешней работе.
Хими́ческий
потенциа́л 
— термодинамическая функция,
применяемая при описании состояния
систем с переменным числом частиц.
Определяет изменение термодинамических
потенциалов (энергии Гиббса, внутренней
энергии, энтальпии и т. д.) при изменении
числа частиц в системе. Представляет
собой энергию добавления
одной частицы в систему без совершения
работы. Определение химического
потенциала можно записать в виде:
где Е — энергия системы, S — её энтропия, N — количество частиц в системе.Эта формула определяет, кроме химического потенциала , также давление P и температуру T.
Энтальпи́я— термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.
Энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.
Определяется
следующим образом:
где 
— давление,
а
— объём.
Поскольку
в изобарном
процессе работа
равна 
приращение энтальпии
в квазистатическом изобарном
процессе равно количеству теплоты,
полученному системой.
Свободная энергия Гельмгольца
Также
часто называемый просто свободной
энергией.
Определяется следующим образом:
где
— температура и 
— энтропия.
Поскольку
в изотермическом процессе количество
теплоты, полученное системой, равно 
,
то убыль свободной
энергии в квазистатическом изотермическом
процессе равна работе, совершённой
системой над внешними
телами.
Потенциал Гиббса — это величина, показывающая изменение энергии в ходе химической реакции и дающая таким образом ответ на вопрос о принципиальной возможности протекания химической реакции; это термодинамический потенциал следующего вида:
где 
— внутренняя
энергия,
— давление, 
— объём, 
—
абсолютная температура, 
— энтропия.
9.Распределение максвелла по скоростям для молекул идеального газа. Опыт штерна
Распределение по модулю скоростей
Модуль скорости, v определяется как:
Наиболее вероятная скорость
наиболее
вероятная скорость, 
—
вероятность обладания которой любой
молекулой системы максимальна, и которая
соответствует максимальному значению 
.
Чтобы найти её, необходимо вычислить 
,
приравнять её нулю и решить относительно 
:
Средняя скорость
Подставляя и интегрируя, мы получим
Среднеквадратичная скорость
Подставляя и интегрируя, мы получим
ОПЫТ ШТЕРНА
Был
подготовлен прибор, состоящий из
двух цилиндров разного
радиуса, ось которых совпадала и на ней
располагалась платиновая проволока
с нанесённым слоем серебра.
В пространстве внутри цилиндров
посредством непрерывной откачки воздуха
поддерживалось достаточно низкое давление.
При пропускании электрического
тока через
проволоку достигалась температура
плавления серебра,
из-за чего атомы начинали
испаряться и летели к внутренней
поверхности малого цилиндра равномерно
и прямолинейно со
скоростью v,
соответствующей подаваемому на концы
нити напряжению.
Во внутреннем цилиндре была проделана
узкая щель, через которую атомы могли
беспрепятственно п
ролетать
далее. Стенки цилиндров специально
охлаждались, что
1 — платиновая проволока с нанесённым на неё слоем серебра; 2 — щель, формирующая пучок атомов серебра; 3 — пластинка, на которой осаждаются атомы серебра; П и П1 — положения полосок осажденного серебра при неподвижном приборе и при вращении прибора.
способствовало оседанию попадающих на них атомов. В таком состоянии на внутренней поверхности большого цилиндра образовывалась достаточно чёткая узкая полоса серебряного налёта, расположенная прямо напротив щели малого цилиндра. Затем всю систему начинали вращать с некой достаточно большой угловой скоростью ω. При этом полоса налёта смещалась в сторону, противоположную направлению вращения, и теряла чёткость. Измерив смещение sнаиболее тёмной части полосы от её положения, когда система покоилась, Штерн определил время полёта, через которое нашёл скорость движения молекул:
Т.о. скорость движения атомов серебра совпала со скоростью, рассчитанной по законам молекулярно-кинетической теории, а тот факт, что получившаяся полоска была размытой, свидетельствовал в пользу того, что скорости атомов различны и распределены по некоторому закону — закону распределения Максвелла: атомы, двигавшиеся быстрее, смещались относительно полосы, полученной в состоянии покоя, на меньшие расстояния, чем те, которые двигались медленнее.