Principiile de minim de energie și maxim de entropie

In termodinamica, un potential termodinamic este o functie de stare a unui sistem fizic sau chimic. Exista mai multe tipuri de potential, precum:

- Energia interna - U,

- Entalpia - I=U+pV,

- Energia lbera Helmholtz - F=U-TS,

- Energia libera Gibbs - G=U+pV-TS.

Potentialele termodinamice sunt folosite la calculul echilibrului reactiilor chimice. De obicei, reactiile chimice au loc la presiune si temperatura constanta. Cand sunt indeplinite aceste conditii se aplica potentialul termodinamic corespunzator. Potentialul va continua sa scada pana atinge valoarea minima, la echilibru. Starea energetica a unui sistem poate fi caracterizata de potentialele termodinamice.

Principiul energiei minime afirma ca daca entropia si parametrii unui sistem inchis sunt mentinuti constanti, energia interna scade pana atinge valoarea minima la echilbru. Acest principiu provine din principiul al doilea al termodinamicii si tot el afirma ca urmatoarele afirmatii sunt adevarate:

- Daca temperatura si parametrii unui sistem inchis sunt mentinuti constanti, energia libera Helmholtz scade si atinge valoarea minima de echilibru.

- Daca temperatura, presiunea si parametrii unui sistem inchis sunt mentinuti constanti, energia Gibbs scade si atinge caloarea minima la echilibru.

- Daca presiunea si parametriii unui sistem inchis sunt mentinuti constanti, entalpia scade si atinge valoarea minima la echilibru.

Variabilele care raman constante in transformari poarta numele de parametri ai potentialului respectiv. Acestia au un rol important deoarece daca un potential termodinamic poate fi exprimat ca o functie de parametrii sai, toate proprietatile termodinamice ale sistemului pot fi determinate prin ecuatii cu derivate partiale ale potentialului respectiv in functie de parametri.

In cazul in care un potential termodinamic nu va fi exprimat in functie de parametri, nu va reflecta toate proprietatile termodinamice ale sistemului.

Entropia este o masura a dezordinei moleculare a unui sistem, ce perminte sa se aprecieze daca o stare poate fi atinsa din alta in mod spontan.

Principiul al doilea al termodinamicii poate fi exprimat cu ajutorul entropiei. In termeni de entropie, principiul al doilea al termodinamicii se enunta astfel:

Intr-un sistem izolat, entropia creste in procesele spontane:

- S > 0

Entropia este o functie de stare. Pentru a determina cu cat variaza entropia intre doua stari oarecare A si B ale unui sistem arbitrar se aplica formula :

unde S=S(B)-S(A) este variatia entropei. S-a dedus ca S nu depinde de modul in care sistemul trece din starea A in starea B.

Se poate demonstra de asemenea ca integrala lui dQ/T pe un drum ireversibil intre doua stari oarecare este mai mica decat integrala dQ/T pe un drum reversibil intre aceleasi stari. Ca urmare, dS- dQ/T, deci in orice proces de la A la B: