12 rodzajów potencjałów termodynamicznych i ich zastosowania. Wprowadzenie do kluczowych pojęć termodynamiki, ułatwiające zrozumienie procesów energetycznych.
12 rodzajów potencjałów termodynamicznych i ich zastosowania
Potencjały termodynamiczne są kluczowymi pojęciami w termodynamice, które pomagają w opisie i analizie stanów równowagi termodynamicznej systemów. Istnieje kilka rodzajów potencjałów, z których każdy znajduje zastosowanie w różnych kontekstach. Poniżej przedstawiamy 12 rodzajów potencjałów termodynamicznych i ich zastosowania.
-
Energia wewnętrzna (U)
Energia wewnętrzna to suma energii kinetycznej i potencjalnej wszystkich cząstek w układzie. Jest podstawowym potencjałem i jest stosowana w analizie układów zamkniętych.
\(dU = TdS – PdV\)
-
Entalpia (H)
Entalpia to energia wewnętrzna powiększona o iloczyn ciśnienia i objętości. Używana jest głównie w procesach izobarycznych.
\(H = U + PV\)
-
Energia swobodna Helmholtza (F lub A)
Energia swobodna Helmholtza pomaga opisać procesy izotermiczne. Jest definowana jako różnica między energią wewnętrzną a iloczynem temperatury i entropii.
\(F = U – TS\)
-
Energia swobodna Gibbsa (G)
Energia swobodna Gibbsa jest używana do analizy procesów izobaryczno-izotermicznych i określa maksymalną pracę użyteczną, jaką można uzyskać z układu termodynamicznego.
\(G = H – TS\)
-
Potencjał wielkoobjętościowy (Ω)
Potencjał wielkoobjętościowy jest używany w układach, które wymieniają cząstki z otoczeniem. Pomaga analizować procesy izotermiczno-izochoryczne w układach wieloskładnikowych.
\(\Omega = U – TS – \mu N\)
-
Potencjał grand termodynamiczny (Φ)
Potencjał grand termodynamiczny odnosi się do układów otwartych i pomaga w analizie równowagi chemicznej.
\(Φ = G – \mu N\)
-
Entropia (S)
Entropia jest miarą stopnia nieuporządkowania w układzie. Jest jednym z najważniejszych parametrów używanych do opisania równowagi termodynamicznej.
dS = \(\frac{dU}{T} + \frac{P}{T}dV\)
-
Ciśnienie (P)
Ciśnienie jest jednym z głównych parametrów opisujących stan gazów i cieczy. Odgrywa ważną rolę w równowadze mechanicznej i termicznej.
\(P = \frac{F}{A}\)
-
Skład chemiczny (μ)
Potencjał chemiczny jest istotny w procesach chemicznych i reakcjach, opisując zmianę energii wewnętrznej w kontekście ilości substancji.
\(\mu = \left( \frac{\partial G}{\partial N} \right)_{T,P}\)
-
Potencjał elektrochemiczny (\( \mu \))
Potencjał elektrochemiczny odgrywa kluczową rolę w chemii fizycznej i elektrochemii, opisując pracę wykonaną przez ładunki elektryczne w układzie.
\(\mu = \frac{\partial U}{\partial N}\)e\
-
Produkcja entropii (σ)
Produkcja entropii jest używana do analizowania nieodwracalnych procesów wewnętrznych w układzie.
\(\sigma = \frac{d_i S}{dt}\)
-
Funkcja parti )
help maneuver managing processes occurs grand canonical.
\(\xi= tr\l ({T,Q)
Powyższe potencjały termodynamiczne są podstawami analizy różnych zjawisk i procesów w inżynierii termicznej i termodynamice. Każdy z tych potencjałów ma specyficzne zastosowania, które ułatwiają zrozumienie i modelowanie różnych aspektów równowagi termodynamicznej w systemach.