Термодинамические потенциалы или функции состояния

Все законы в термодинамике основываются на использовании функций состояния, называемых термодинамическими потенциалами. Каждому набору независимых параметров соответствует свой термодинамический потенциал. Изменения потенциалов, происходящие в ходе каких-либо процессов, определяют либо совершаемую системой работу, либо получаемую системой теплоту.

При рассмотрении термодинамических потенциалов мы будем пользоваться соотношением

.

Внутренняя энергия.С одним из термодинамических потенциалов мы уже хорошо знакомы. Это -внутренняя энергиясистемы. Выражение первого начала термодинамики для обратимого процесса можно представить в виде

. (9)

Как видно отсюда, в качестве естественных переменных для потенциала выступают переменные и . Тогда

.

Свободная энергия.Согласно (9) работа, производимая телом при обратимом изотермическом процессе, может быть представлена в виде:

.

Функцию состояния

(10)

называют свободной энергиейтела. Возьмём дифференциал от функции (10). Приняв во внимание (9), получим

.

Таким образом, естественными переменными для свободной энергии являются и . Тогда

.

Энтальпия.Если процесс происходит при постоянном давлении, то количество получаемой телом теплоты можно представить следующим образом

Функцию состояния

(11)

называют энтальпией или тепловой функцией. Дифференцируя выражение (11) с учётом (9), получим

.

Отсюда заключаем, что энтальпия есть термодинамический потенциал в переменных и . Его частные произведения равны

.

Термодинамический потенциал Гиббса.

Так называется функция состояния, определяемая следующим образом:

. (12)

Её полный дифференциал равен

.

Следовательно, естественными переменными для функции являются и . Частные производные этой функции равны

.