Descreva o significado do potencial de Helmholtz., da Hentalpia e da função de Gibbs.
Passo 1
O enunciado pede para explicar o significado físico de três potenciais termodinâmicos: o potencial de Helmholtz, a entalpia e a função de Gibbs. Vamos usar como ponto de partida a primeira e a segunda leis da termodinâmica para definir cada potencial em termos de energia interna
, entropia
, volume
, pressão
e temperatura
, e depois discutir suas variáveis naturais e critérios de espontaneidade.
Passo 2
O potencial de Helmholtz é definido para sistemas fechados cuja temperatura e volume são controlados. A partir da energia interna e da entropia, definimos
A diferenciação total dá
e, usando
, chega-se a
Isso mostra que
são as variáveis naturais de
. Em um processo isotermo e isocórico,
mede o trabalho máximo útil que o sistema pode realizar.
Passo 3
A entalpia é útil para processos à pressão constante, comum em termos de transferência de calor com o ambiente. Define-se
e sua diferencial é
Aqui as variáveis naturais são
. Para um processo a
, temos
, ou seja, a variação de entalpia é igual ao calor trocado a pressão constante.
Passo 4
A função de Gibbs combina as vantagens de entalpia e potencial de Helmholtz, sendo ideal para processos à temperatura e pressão constantes, como em reações químicas em solução. Define-se
e sua diferencial integra as anteriores:
Portanto,
são as variáveis naturais de
. Em condições isotérmicas e isobáricas, um processo espontâneo ocorre se
, e
é a energia disponível para trabalho não-expansivo.
Resposta
Potencial de Helmholtz
: variáveis naturais
e
; mede o trabalho máximo em processo isotermo-isocórico.
Entalpia : variáveis naturais
e
; em
,
é o calor trocado.
Função de Gibbs : variáveis naturais
e
; em
constantes,
indica espontaneidade e
é o trabalho útil não-expansivo.
Entalpia
Função de Gibbs