Potenciais termodinâmicos são funções usadas em física e engenharia térmica para descrever estados e transformações de sistemas sob diversas condições.
12 Tipos de Potenciais Termodinâmicos e Suas Utilizações
Na engenharia térmica e na física, os potenciais termodinâmicos são funções que ajudam a descrever o estado e as transformações possíveis de um sistema. Existem vários tipos de potenciais, cada um adequado para diferentes condições e processos. Aqui estão doze tipos de potenciais termodinâmicos e suas respectivas aplicações.
A energia interna é a soma de todas as formas de energia de um sistema (cinética, potencial, etc.). Sua variação é dada pela primeira lei da termodinâmica:
\[ dU = dQ – dW \]
Onde \( dQ \) é o calor adicionado ao sistema e \( dW \) é o trabalho realizado pelo sistema. É útil para estudar processos adiabáticos onde não há troca de calor.
A entalpia é definida como:
\\( H = U + pV \\)
Onde \( p \) é a pressão e \( V \) é o volume. A entalpia é útil para processos isobáricos (pressão constante) e na análise de trocas de calor em sistemas abertos.
A energia livre de Helmholtz é dada por:
\\( A = U – TS \\)
Onde \( T \) é a temperatura e \( S \) é a entropia. Ela é útil para descrever sistemas em contato térmico com um reservatório a temperatura constante.
A energia livre de Gibbs é definida como:
\\( G = H – TS \\)
É especialmente útil para prever a espontaneidade de processos em condições de temperatura e pressão constantes, e é usada extensivamente em química e engenharia química.
A energia potencial química é a energia associada a um componente individual de um sistema. É importante em processos de difusão, reações químicas e troca de massa.
Este potencial é útil em mecânica estatística e é definido como:
\\( \Omega = A – \mu N \\)
Onde \( N \) é o número de partículas no sistema. É usado para descrever sistemas canônicos e grande canônicos.
Também conhecido como energia livre de Landau, é usado para estudar transições de fase contínuas. É uma extensão dos potenciais termodinâmicos em termos de parâmetros de ordem.
Este é um potencial ajustado para sistemas quânticos, especialmente na teoria do campo médio. É uma generalização importante na supercondutividade.
Utilizado principalmente na física do estado sólido, este potencial é uma generalização do potencial de Landau para sistemas onde o parâmetro de ordem não é pequeno.
Este potencial descreve estados fora do equilíbrio e é aplicado em reações químicas e processos de não-equilíbrio.
Usado na teoria dos processos de não-equilíbrio nas mecânicas quânticas de sistemas abertos, é essencial para descrever fenômenos como transporte eletrônico.
Utilizado na teoria da magnetização dos metais, é fundamental para a descrição dos ferromagnetismos em sistemas metálicos.
Em resumo, os potenciais termodinâmicos são essenciais para entender e descrever o comportamento e transformações dos sistemas em diversas condições. Cada um desses potenciais encontra aplicação em diferentes áreas da termodinâmica e engenharia, tornando-os ferramentas valiosas na análise e projeto de sistemas.
