Potencial termodinàmic

Termodinàmica
Branques Clàssica · Estadística · Química Equilibri / No-equilibri
Lleis Zero · Primera · Segona · Tercera
Sistemes Estat: Equació d'estat Gas ideal · Gas real Estat de la matèria · Equilibri Volum de control · Instruments Processos: Isobàric · Isocor · Isotèrmic Adiabàtic · Isentròpic · Isentàlpic Quasiestàtic · Politròpic Expansió lliure Reversible · Irreversible Endoreversibilitat Cicles: Màquina tèrmica · Bomba de calor · Rendiment tèrmic
Propietats del sistema Diagrames Propietats intensives i extensives Funcions d'estat: Temperatura / Entropia (intro.) † Pressió / Volum † Potencial químic / Nombre de partícules † († Variables conjugades) Títol de vapor Propietats reduïdes Funcions de procés: Treball · Calor
Propietats dels materials Capacitat tèrmica específica  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Compressibilitat  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Dilatació tèrmica  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$ Bases de dades termodinàmiques per substàncies pures
Equacions Teorema de Carnot · Teorema de Clausius · Relació fonamental · Llei dels gasos ideals · Relacions de Maxwell Taula d'equacions termodinàmiques
Potencials Energia lliure · Entropia lliure Energia interna ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpia ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energia lliure de Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energia lliure de Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Científics Bernoulli · Carnot · Clapeyron · Clausius · von Helmholtz · Carathéodory · Pierre Duhem · Gibbs · Joule · Maxwell · von Mayer · Rankine · Smeaton · Stahl · Thomson · Thompson · Waterson

En termodinàmica, un potencial termodinàmic és una variable d'estat associada a un sistema termodinàmic que té dimensions d'energia. El qualificatiu de «potencial» es deu al fet que en cert sentit descriu la quantitat d'energia potencial disponible en el sistema termodinàmic subjecte a certes restriccions (relacionades amb les variables naturals del potencial). A més els potencials serveixen per a predir sota les restriccions imposades quins canvis termodinámics seran espontanis i quins necessitaran aportació energètica.

Així els diferents potencials corresponen a diferents tipus de restriccions sobre el sistema. Els quatre potencials més comuns són:

Nom	Fórmula	Variables naturals
Energia interna	${\displaystyle U\,}$	${\displaystyle ~~~~~S,V,\{N_{i}\}\,}$
Energia lliure de Helmholtz	${\displaystyle F=U-TS\,}$	${\displaystyle ~~~~~T,V,\{N_{i}\}\,}$
Entalpia	${\displaystyle H=U+PV\,}$	${\displaystyle ~~~~~S,P,\{N_{i}\}\,}$
Energia lliure de Gibbs	${\displaystyle G=U+PV-TS\,}$	${\displaystyle ~~~~~T,P,\{N_{i}\}\,}$

on T = temperatura, S = entropia, P = pressió, V = volum, N_i és el nombre de partícules.

L'energia lliure de Helmholtz es representa freqüentment per F (particularment en física), encara que la IUPAC prefereix el símbol A (que s'usa fonamentalment en química).

Pot demostrar-se que el coneixement d'un dels potencials termodinàmics en funció de les seves variables naturals permet obtenir totes les variables termodinàmiques del sistema. Això és possible mitjançant la utilització de les quatre relacions de Maxwell para la termodinàmica, equacions en derivades parcials que relacionen les variables d'estat amb potencials termodinàmics.