열역학 퍼텐셜

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열역학 퍼텐셜(thermodynamic potential)이란 열역학적 상태를 기술하는 함수이다. 이들 중 계가 갖는 에너지의 양인 내부에너지 U가 제일 기본적인 열역학페텐셜이고, 다른 열역학포텐셜들은 U의 몇몇 변수에 대한 르장드르 변환으로 정의한다. 자주 쓰이는 열역학 퍼텐셜로는 아래의 다섯가지가 있다.

이러한 열역학 퍼텐셜들은 특정 상황에 따라 계의 상태를 구별하는 매우 중요한 지표가 되고, 계의 진화방향을 예측할 수 있게 해주기 때문에 자연과학, 공학의 각 분야에서 널리 활용되고 있다.

정의[편집]

열역학 퍼텐셜들은 모두 내부 에너지 U에, 압력이나 온도에 대응하는 보정항들을 추가한 꼴의 값들이다. 이는 일종의 르장드르 변환이다.

엔탈피 H는 내부 에너지 U의 부피 V를 압력 P르장드르 변환한 것이다.

H = U + PV

헬름홀츠 자유 에너지 F는 내부 에너지 U의 엔트로피 S를 온도 T르장드르 변환한 것이다.

F = U - TS

기브스 자유 에너지 G는 내부 에너지 U의 부피 V를 압력 P로, 엔트로피 S를 온도 T르장드르 변환한 것이다.

G = U - TS + PV

큰 퍼텐셜 Φ는 내부 에너지 U의 엔트로피 S를 온도 T로, 입자의 수 N화학 퍼텐셜 μ로 르장드르 변환한 것이다.

\Phi = U - TS - \mu N