g) O que é um Potencial Termodinâmico?

Passo 1

O enunciado pergunta “O que é um Potencial Termodinâmico?”. Este conceito faz parte da termodinâmica de equilibro e envolve funções de estado e transformações de Legendre para trocar variáveis extensivas por intensivas.

Passo 2

Começamos pela energia interna U, que é uma função de estado natural nas variáveis extensivas entropia S, volume V e número de partículas N. Seu diferencial é dado por
dU = T,dS ;-; P,dV ;+;mu,dN,
onde T é a temperatura, P a pressão e mu o potencial químico.

Passo 3

Para trabalhar com condições em que certas variáveis intensivas são fixas, aplicamos transformações de Legendre em U. Por exemplo:
F = U - T,S, H = U + P,V, G = U - T,S + P,V
Seus diferenciais tornam-se:
dF = -S,dT - P,dV + mu,dN, dH = T,dS + V,dP + mu,dN, dG = -S,dT + V,dP + mu,dN

Passo 4

Cada potencial termodinâmico é, portanto, uma função de estado cujas variáveis naturais (por exemplo (T,V,N) para F ou (T,P,N) para G) tornam simples a análise de equilíbrio e espontaneidade de processos sob restrições correspondentes. Em condições de equilíbrio, esses potenciais atingem valor mínimo nas variáveis mantidas constantes.

Resposta

Um Potencial Termodinâmico é uma função de estado obtida por transformações de Legendre da energia interna, de modo a tornar variáveis intensivas (como T, P ou mu) suas variáveis naturais; cada potencial (por exemplo F, H, G) é minimizado nas condições de equilíbrio e serve de critério de espontaneidade em processos sob restrições específicas.

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