Potentiel thermodynamique

Potentiels thermodynamiques

Énergie interne

${\displaystyle \mathrm {d} U=\delta W+\delta Q}$

Énergie libre

${\displaystyle F=U-TS}$

Enthalpie

${\displaystyle H=U+PV}$

Enthalpie libre

${\displaystyle G=H-TS}$

Grand potentiel

${\displaystyle \Phi _{G}=F-\sum _{i}\mu _{i}n_{i}}$

Fonction de Massieu

${\displaystyle J=-{F \over T}}$

Fonction de Planck

${\displaystyle Y=-{G \over T}}$

Grandeurs

${\displaystyle W}$, travail

${\displaystyle Q}$, chaleur

${\displaystyle P}$, pression

${\displaystyle V}$, volume

${\displaystyle T}$, température

${\displaystyle S}$, entropie

${\displaystyle n}$, quantité de matière

${\displaystyle \mu }$, potentiel chimique

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En thermodynamique, un potentiel thermodynamique est une fonction d'état particulière qui permet de prédire l'évolution et l'équilibre d'un système thermodynamique, et à partir de laquelle on peut déduire toutes les propriétés (comme les capacités thermiques, le coefficient de dilatation, le coefficient de compressibilité, etc.) du système à l'équilibre.

Les divers potentiels thermodynamiques correspondent aux divers jeux de variables d'état utilisés dans l'étude des processus thermodynamiques. Les potentiels les plus couramment utilisés sont présentés dans le tableau suivant.

Potentiels thermodynamiques.

Nom	Notation	Définition	Variables naturelles
Énergie interne	${\displaystyle U}$	${\displaystyle \mathrm {d} U=\delta W+\delta Q}$	${\displaystyle V,S,\{n_{i}\}}$
Énergie libre ou énergie de Helmholtz[1]	${\displaystyle A}$ ou ${\displaystyle F}$	${\displaystyle U-TS}$	${\displaystyle V,T,\{n_{i}\}}$
Enthalpie	${\displaystyle H}$	${\displaystyle U+PV}$	${\displaystyle P,S,\{n_{i}\}}$
Enthalpie libre ou énergie de Gibbs[2]	${\displaystyle G}$	${\displaystyle U+PV-TS}$	${\displaystyle P,T,\{n_{i}\}}$
Grand potentiel ou potentiel grand canonique ou énergie libre de Landau	${\displaystyle \Phi _{G}}$ ou ${\displaystyle \Omega }$	${\displaystyle U-TS-\sum _{i}\mu _{i}n_{i}}$	${\displaystyle V,T,\{\mu _{i}\}}$

avec :

• ${\displaystyle P}$ la pression ;
• ${\displaystyle T}$ la température thermodynamique ;
• ${\displaystyle V}$ le volume ;
• ${\displaystyle S}$ l'entropie ;
• ${\displaystyle W}$ le travail échangé par le système avec l'extérieur ;
• ${\displaystyle Q}$ la chaleur échangée par le système avec l'extérieur ;
• ${\displaystyle n_{i}}$ la quantité (nombre de moles) de l'espèce chimique ${\displaystyle i}$ dans le système ;
• ${\displaystyle \{n_{i}\}}$ l'ensemble des nombres de moles de l'ensemble des espèces chimiques dans le système ;
• ${\displaystyle \mu _{i}}$ le potentiel chimique de l'espèce chimique ${\displaystyle i}$ dans le système ;
• ${\displaystyle \{\mu _{i}\}}$ l'ensemble des potentiels chimiques de l'ensemble des espèces chimiques dans le système.