Глава 3. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИАЛЫ

Движущей силой различных процессов являются потенциалы: электрический потенциал определяет направление движения зарядов, градиент концентраций (grad c) - направление диффузионного потока вещества, grad T - направление теплового потока. В качестве термодинамических потенциалов, определяющих направление протекания процессов в термодинамических системах, приняты две термодинамические величины: G - свободная энергия Гиббса и А - свободная энергия Гельмгольца. Первое и второе начала термодинамики определяют:

- объединение первого и второго начала.

Поскольку ранее обсуждалось, что максимальная работа совершается системой при ее обратимом переходе из состояния 1 в состояние 2, то

где U - TS = A - функция состояния.

Работа расширения в этом случае равна 0; PdV= 0.

Энергия Гельмгольца - функция состояния, убыль которой равна работе, совершенной системой в обратимом изохорно-изотермическом процессе.

В необратимом процессе работа совершается меньше, чем в обратимом, т.е. dW_необр. < -dA, или W_необр. <-ΔA. При T, р = const работа расширения pdV≠0.

Это означает, что при р, T = const часть изменения энергии системы будет расходоваться на совершение работы расширения, и, следовательно, уменьшится количество энергии, за счет которой может быть совершена полезная работа, иными словами:

W'_max = -ΔA-pdV;

W'_max = U₁ - TS₁ - U₂ + TS₂ - pV₂ + pV₁ = = (U₁ - TS₁ + pV₁) - (U₂ - TS₂ + pV₂) = -ΔG;

G = U - TS + pV, но при p, T=const; ΔH = U+pV, следовательно,

G = H- TS; W'_max = -ΔG; dW'_max = -dG для обратимого процесса и

W'_необр. < -ΔG; dW"'_необр. < -dG

для необратимого процесса.

Энергия Гиббса - это функция состояния, изменение которой равно максимальной работе, совершенной системой в обратимом изобарно-изотермическом процессе.