열역학 퍼텐셜 편집하기


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{{학술}}
 
{{토막글}}
'''열역학 퍼텐셜(Thermodynamic potential)'''은 계를 표현하는 스칼라 함수를 말한다.
'''열역학 퍼텐셜(Thermodynamic potential)'''은 계를 표현하는 스칼라 함수를 말한다.
== 종류 ==
== 종류 ==
=== 내부 에너지 ===
=== 내부 에너지 ===
{{참고|내부 에너지}}
{{참조|내부 에너지}}
[[열역학 제1법칙]]에서
[[열역학 제1법칙]]에서
: <math>dU=\delta Q+\delta W</math>
: <math>dU=\delta Q+\delta W</math>
임을 안다. 그런데 가역 과정에서 dS = dQ/T, dW = - PdV 이므로, 이를 달리 나타내면
임을 안다. 이를 달리 나타내면
: <math>dU=TdS-pdV</math>
: <math>dU=TdS-pdV</math>
이고, 함수 z(x,y)의 미분
이고
: <math>dz=\left(\frac{\partial z}{\partial x}\right)_y dx + \left(\frac{\partial z}{\partial y}\right)_x dy</math>
과 위 식을 비교함으로써 다음을 얻는다.
: <math>T=\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V</math>
: <math>T=\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V</math>
: <math>p=-\left(\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S</math>
: <math>p=-\left(\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S</math>
=== 엔탈피 ===
=== 엔탈피 ===
{{참고|엔탈피}}
{{참조|엔탈피}}
'''엔탈피(Enthalpy)'''는
'''엔탈피(Enthalpy)'''는
: <math>H=U+pV</math>
: <math>H=U+pV</math>
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: <math>V=\left(\frac{\partial H}{\partial p}\right)_S</math>
: <math>V=\left(\frac{\partial H}{\partial p}\right)_S</math>
=== 헬름홀츠 자유 에너지 ===
=== 헬름홀츠 자유 에너지 ===
{{참고|헬름홀츠 자유 에너지}}
{{참조|헬름홀츠 자유 에너지}}
'''헬름홀츠 자유 에너지(Helmholtz free energy)'''는
'''헬름홀츠 자유 에너지(Helmholtz free energy)'''는
: <math>F=U-TS</math>
: <math>F=U-TS</math>
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: <math>p=-\left(\frac{\partial F}{\partial V}\right)_T</math>
: <math>p=-\left(\frac{\partial F}{\partial V}\right)_T</math>
=== 깁스 자유 에너지 ===
=== 깁스 자유 에너지 ===
{{참고|깁스 자유 에너지}}
{{참조|깁스 자유 에너지}}
'''깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)'''는
'''깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)'''는
: <math>G=H-TS</math>
: <math>G=H-TS</math>
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|-
|-
| 내부 에너지
| 내부 에너지
| <math>U</math>
| \(U\)
| <math>dU=TdS-pdV</math>
| <math>dU=TdS-pdV</math>
| <math>U=U(S,V)</math>
| <math>U=U(S,V)</math>
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|-
|-
| 엔탈피
| 엔탈피
| <math>H=U+pV</math>
| \(H=U+pV\)
| <math>dH=TdS+Vdp</math>
| <math>dH=TdS+Vdp</math>
| <math>H=H(S,p)</math>
| <math>U=U(S,p)</math>
| <math>T=\left(\frac{\partial H}{\partial S}\right)_p</math>, <math>V=\left(\frac{\partial H}{\partial p}\right)_S</math>
| <math>T=\left(\frac{\partial H}{\partial S}\right)_p</math>, <math>V=\left(\frac{\partial H}{\partial p}\right)_S</math>
|-
|-
| 헬름홀츠 자유 에너지
| 헬름홀츠 자유 에너지
| <math>F=U-TS</math>
| \(F=U-TS\)
| <math>dF=-SdT-pdV</math>
| <math>dF=-SdT-pdV</math>
| <math>F=F(T,V)</math>
| <math>U=U(T,V)</math>
| <math>S=-\left(\frac{\partial F}{\partial T}\right)_V</math>, <math>p=-\left(\frac{\partial F}{\partial V}\right)_T</math>
| <math>S=-\left(\frac{\partial F}{\partial T}\right)_V</math>, <math>p=-\left(\frac{\partial F}{\partial V}\right)_T</math>
|-
|-
| 깁스 자유 에너지
| 깁스 자유 에너지
| <math>G=H-TS</math>
| \(G=H-TS\)
| <math>dG=Vdp-SdT</math>
| <math>dG=Vdp-SdT</math>
| <math>G=G(p,T)</math>
| <math>U=U(p,T)</math>
| <math>V=\left(\frac{\partial G}{\partial p}\right)_T</math>, <math>S=-\left(\frac{\partial G}{\partial T}\right)_p</math>
| <math>V=\left(\frac{\partial G}{\partial p}\right)_T</math>, <math>S=-\left(\frac{\partial G}{\partial T}\right)_p</math>
|}
|}
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== 맥스웰 관계 ==
== 맥스웰 관계 ==
{{참고|맥스웰 관계}}
{{참조|맥스웰 관계}}
<math>dU</math>는 [[완전미분]]이므로
: <math>\frac{\partial^2 U}{\partial S \partial V}=\frac{\partial^2 U}{\partial V \partial S}</math>
인데,
: <math>T=\left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V ,p=-\left(\frac{\partial U}{\partial V}\right)_S</math>
이므로
: <math>-\left(\frac{\partial p}{\partial S}\right)_V=\left(\frac{\partial T}{\partial V}\right)_S</math>
을 얻는다. 이런 전개를 통해 다음 관계식을 도출해낼 수 있다.
: <math>\left(\frac{\partial T}{\partial V}\right)_S=-\left(\frac{\partial p}{\partial S}\right)_V</math>
: <math>\left(\frac{\partial T}{\partial p}\right)_S=\left(\frac{\partial V}{\partial S}\right)_p</math>
: <math>\left(\frac{\partial S}{\partial V}\right)_T=\left(\frac{\partial p}{\partial T}\right)_V</math>
: <math>\left(\frac{\partial S}{\partial p}\right)_T=-\left(\frac{\partial V}{\partial T}\right)_p</math>


== 화학 퍼텐셜의 적용 ==
== 화학 퍼텐셜의 적용 ==
{{참고|화학 퍼텐셜}}
{{참조|화학 퍼텐셜}}
어떤 계에 계의 엔트로피와 부피를 변하게 하지 않으면서 입자를 더하게 되면, 증가한 내부에너지 <math>\mu</math>를 화학 퍼텐셜(chemical potential)로 정의한다. 그러면
: <math>dU=TdS-pdV+\mu dN</math>
이고 <math>N</math>은 입자의 개수를 나타낸다. 만약 입자가 여러 종류 있다면
: <math>dU=TdS-pdV+\sum_i \mu_i dN_i</math>
이다.


<!-- 추가바람 -->
[[분류:열역학]]
[[분류:열역학]]
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