Potencial termodinámico


Potencial termodinámico

Potencial termodinámico

En termodinámica, un potencial termodinámico es una variable de estado asociada a un sistema termodinámico que tiene dimensiones de energía. El calificativo de «potencial» se debe a que en cierto sentido describe la cantidad de energía potencial disponible en el sistema termodinámico sujeta a ciertas restricciones (relacionadas con las variables naturales del potencial). Además los potenciales sirven para predecir bajo las restricciones impuestas que cambios termodinámicos serán espontáneos y cuales necesitarán aporte energético.

Así los diferentes potenciales corresponden a diferentes tipos de restricciones sobre el sistema. Los cuatro potenciales más comunes son:

Nombre Fórmula Ecuaciones fundamentales Variables naturales
Energía interna U =TS-pV+\sum_i \mu_i N_i\, dU =TdS -pdV +\sum_i \mu_i dN_i \, ~~S,V,\{N_i\}\,
Energía libre de Helmholtz F =A =U-TS\, dF =-SdT -pdV +\sum_i \mu_i dN_i \, ~~T,V,\{N_i\}\,
Entalpía H=U+PV\, dH=TdS +Vdp +\sum_i \mu_i dN_i \, ~~S,P,\{N_i\}\,
Energía libre de Gibbs G=U+PV-TS\, dG=-SdT +pdV +\sum_i \mu_i dN_i \, ~~T,P,\{N_i\}\,
Gran potencial (o Potencial de Landau) \Omega=U-TS-\sum_i \mu_i N_i \, d\Omega=-SdT -pdV +\sum_i N_i d\mu_i \, ~~T,V,\{\mu_i\}\,

donde T = temperatura, S = entropía, P = presión, V = volumen, Ni es el número de partículas.

La energía libre de Helmholtz se representa frecuentemente por F (particularmente en física), aunque la IUPAC prefiere el símbolo A (que se usa fundamentalmente en química).

Puede demostrarse que el conocimiento de uno de los potenciales termodinámicos en función de sus variables naturales permite obtener todas las variables termódinámicas del sistema. Esto es posible mediante la utilización de las cuatro relaciones Maxwell para la termodinámica, ecuaciones en derivadas parciales que relacionan las variables de estado con potenciales termodinámicos.

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