Термодинамі́чні потенціа́ли — це 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 Гібса) 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.
|
Зміст [сховати]
|
[ред.]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 часкова похідна визначається при умові сталості позначеної індексом змінної (в даному випадку — ентропії).
Аналогічно
[1]
Детальніші відомості з цієї теми Ви можете знайти в статті Внутрішня енергія.
[ред.]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,
,
Детальніші відомості з цієї теми Ви можете знайти в статті Вільна енергія.
[ред.]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,
,
.
Детальніші відомості з цієї теми Ви можете знайти в статті Ентальпія.
[ред.]Вільна енергія Гібса
Вільна енергія Гібса, яку ще називають просто термодинамічним потенціалом (у вузькому значенні слова), визначається, як
.
Вільна
енергія Гібса є функцією тиску й
температури 
.
,
.
У випадку системи із змінним числом частинок вільна енергія Гібса залежить окрім тиску й температури від числа частинок
,
де 
- хімічний
потенціал і-го
типу частинок.
.
[ред.]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:
