Thế nhiệt động

Vật lý thống kê
Nhiệt động lực học Thuyết động học chất khí
Thống kê hạt Định lí thống kê - spin Hạt sinh đôi Maxwell–Boltzmann Bose–Einstein Fermi–Dirac Bán thống kê Thống kê Anyon Thống kê Braid
Tập hợp nhiệt động lực học NVE Vi chính tắc NVT Chính tắc µVT Chính tắc lớn NPH Đẳng áp - đẳng enthalpy NPT Đẳng nhiệt - đẳng áp
Mẫu Debye Einstein Ising Potts
Thế Nội năng Enthalpy Năng lượng tự do Helmholtz Năng lượng tự do Gibbs Năng lượng tự do Landau
Nhà khoa học Maxwell Boltzmann Gibbs Einstein Ehrenfest von Neumann Tolman Debye Fermi Bose
x t s

Nhiệt động lực học
Động cơ nhiệt Carnot cổ điển
Các nhánh Cổ điển Thống kê Hóa học Nhiệt động lực học lượng tử Cân bằng / Không cân bằng
Nguyên lý Không Một Hai Ba
Hệ thống nhiệt động Hệ vật lý kín Trạng thái Phương trình trạng thái Khí lý tưởng Khí thực Trạng thái vật chất Pha Cân bằng Thể tích kiểm tra Dụng cụ Quá trình Đẳng áp Đẳng tích Đẳng nhiệt Đoạn nhiệt Đoạn nhiệt thuận nghịch Đẳng entanpi Chuẩn tĩnh Đa biến/đẳng dung Giãn nở tự do Thuận nghịch Không thuận nghịch Endoreversibility Vòng tuần hoàn Động cơ nhiệt Bơm nhiệt Hiệu suất nhiệt
Thuộc tính hệ Note: Biến số liên hợp in italics Property diagrams Intensive and extensive properties Functions of state Nhiệt độ / Entropy (giới thiệu) Áp suất / Thể tích Chemical potential / Số hạt Vapor quality Reduced properties Process functions Công Nhiệt
Tính năng vật liệu Property databases Nhiệt dung riêng  ${\displaystyle c=}$ ${\displaystyle T}$ ${\displaystyle \partial S}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle \partial T}$ Độ nén  ${\displaystyle \beta =-}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial p}$ Độ giãn nở nhiệt  ${\displaystyle \alpha =}$ ${\displaystyle 1}$ ${\displaystyle \partial V}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \partial T}$
Phương trình Định lý Carnot Định lý Clausius Fundamental relation Phương trình trạng thái khí lý tưởng Quan hệ Maxwell Onsager reciprocal relations Phương trình Bridgman Table of thermodynamic equations
Thế nhiệt động Năng lượng tự do Entropy tự do Nội năng ${\displaystyle U(S,V)}$ Entanpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Năng lượng tự do Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Năng lượng tự do Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Lịch sử Văn hóa Lịch sử Khái quát Nhiệt Entropy Gas laws Máy móc "chuyển động vĩnh viễn" Triết học Entropy và thời gian Entropy và cuộc sống Brownian ratchet Con quỷ Maxwell Nghịch lý cái chết nhiệt Nghịch lý Loschmidt Synergetics Lý thuyết Lý thuyết calo Lý thuyết nhiệt Vis viva ("lực sống") Mechanical equivalent of heat Motive power Key publications "An Experimental Enquiry Concerning ... Heat" "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" "Reflections on the Motive Power of Fire" Dòng thời gian Nhiệt động lực học Động cơ nhiệt Nghệ thuật Giáo dục Bề mặt nhiệt động lực học Maxwell Entropy as energy dispersal
Nhà khoa học Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson Waterston
Sách
x t s

Một thế nhiệt động là một đại lượng vô hướng được sử dụng để đại diện cho trạng thái nhiệt động lực học của một hệ thống. Khái niệm thế nhiệt động lực học được giới thiệu bởi Pierre Duhem năm 1886. Một thế năng nhiệt động lực chính có một giải thích vật lí là nội năng U. Nó là năng lượng của cấu hình của một hệ thống nhất định của các lực thế (đó là lý do tại sao nó được gọi là "thế") và chỉ có ý nghĩa đối với một tập hợp các tham chiếu (hoặc dữ liệu) được xác định. Biểu thức cho tất cả các thế nhiệt động khác có thể suy ra thông qua biến đổi Legendre từ biểu thức cho U. Dưới đây là 4 thế nhiệt động quan trọng nhất.

Các thế nhiệt động

Bốn thế nhiệt động chính là:

Tên	Ký hiệu	Công thức định nghĩa	Biến số độc lập
Nội năng	${\displaystyle U}$	${\displaystyle \mathrm {d} U=T\mathrm {d} S-p\mathrm {d} V}$	${\displaystyle S,\,V}$
Entanpy	${\displaystyle H}$	${\displaystyle H=U+pV}$	${\displaystyle S,\,p}$
Thế Gibbs	${\displaystyle G}$	${\displaystyle G=H-TS}$	${\displaystyle T,\,p}$
Thế Helmholtz	${\displaystyle F}$	${\displaystyle F=U-TS}$	${\displaystyle T,\,V}$

Với ${\displaystyle T}$ là nhiệt độ, ${\displaystyle S}$ là entropy, ${\displaystyle p}$ là áp suất, ${\displaystyle V}$ là thể tích.

Biến số độc lập

Với một hệ nhiệt động đơn giản phuơng trình cơ bản của nhiệt động lực học có dạng:

${\displaystyle \mathrm {d} U=T\mathrm {d} S+p\mathrm {d} V}$

Phuơng trình trên chứa năm thông số trạng thái độc lập. Nhưng muốn xác định trạng thái của hệ ta chỉ cần hai thông số. Vậy nếu chọn 2 trong số 5 thông số trên làm biến số chính thì phương trình cơ bản chỉ còn 3 thông số chưa biết. Tùy vào cách chọn ta sẽ có 4 thế nhiệt động riêng biệt, khi này 2 biến số được chọn sẽ được gọi là biến số độc lập. Nói cách khác nếu 2 biến số độc lập của một thế nhiệt động được giữ không đổi thì giá trị của thế nhiệt động đó không đổi.

Nội năng

Chọn các biến số độc lập là ${\displaystyle S}$ và ${\displaystyle V}$. Viết lại biểu thức thứ nhất của nguyên lý nhiệt động học đối với quá trình thuận nghịch.

${\displaystyle \mathrm {d} U=\delta Q-\delta A=T\mathrm {d} S-p\mathrm {d} V}$

Ta thấy nếu entropy và thể tích của một hệ không đổi thì nội năng của hệ không đổi, vậy nội năng của một hệ là một thế nhiệt động với hai biến số độc lập là ${\displaystyle S}$ và ${\displaystyle V}$.

Entanpy

Phương trình định nghĩa của Entanpy là:

${\displaystyle H=U+pV}$

Lấy vi phân hai vế ta có:

${\displaystyle {\begin{aligned}\mathrm {d} H&=\mathrm {d} U+\mathrm {d} (pV)\\&=T\mathrm {d} S-p\mathrm {d} V+p\mathrm {d} V+V\mathrm {d} p\\\Leftrightarrow \mathrm {d} H&=T\mathrm {d} S+V\mathrm {d} p\end{aligned}}}$

Vậy hai biến số độc lập của entanpy là áp suất và entropy