Potencial termodinàmic

En termodinàmica, un potencial termodinàmic és una equació constitutiva associada a un sistema termodinàmic que té dimensions d'energia. El calificatiu de «potencial» es deu a que en cert sentit descriu la cantitat d'energia potencial disponible en el sistema termodinàmic subjecta a certes restriccions (relacionades en les variables naturals del potencial). Ademés els potencials servixen per a predir baix les restriccions impostes qué canvis termodinàmics seran espontàneus i cuales necessitaran aporte energètic.

Aixina els diferents potencials corresponen a diferents tipos de restriccions sobre el sistema. Els quatre potencials més comuns són:

Nomene	Fòrmula	Equacions fonamentals	Variables naturals
Energia interna	$U$ (depén del sistema)	$dU=TdS-pdV+\sum _i{\mu }_{i}d{N}_i$	$S,V,\{N_i\}$
Energia lliure de Helmholtz	$F=A=U-TS$	$dF=-SdT-pdV+\sum _i{\mu }_{i}d{N}_i$	$T,V,\{N_i\}$
Entalpia	$H=U+PV$	$dH=TdS+Vdp+\sum _i{\mu }_{i}d{N}_i$	$S,P,\{N_i\}$
Energia de Gibbs	$G=U+PV-TS=H-TS$	$dG=-SdT+Vdp+\sum _i{\mu }_{i}d{N}_i$	$T,P,\{N_i\}$
Gran potencial (Potencial de Landau)	$\Omega =U-TS-\sum _i{\mu }_i{n}_i$	$d\Omega =-SdT-pdV-\sum _i{n}_{i}d{\mu }_i$	$T,V,\{{\mu }_i\}$

a on T = temperatura, S = entropía, P = pressió, V = volum, n_i és la cantitat de matèria i μ el potencial químic.

L'energia lliure de Helmholtz es representa freqüentment per F (particularment en física), encara que la A és preferida per l'IUPAC, ISO i l'IEC. Esta denominació prové dels treballs de Helmholtz a on denomina al potencial termodinàmic a pressió constant Arbeit, que es traduïx a l'espanyol com "treball".

Pot demostrar-se que el coneiximent d'un dels potencials termodinàmics en funció de les seues variables naturals permet obtindre totes les variables termódinámicas del sistema. Açò és possible per mig de l'utilisació de les quatre relacions de Maxwell per a la termodinàmica, equacions en derivades parcials que relacionen les variables d'estat en potencials termodinàmics. Cada potencial termodinàmic, baix este punt de vista, no és solament una magnitut física a la que corresponga un valor (número real) que en algun moment pugam medir, sino que més pròpiament cal vore-ho com una dependència funcional matemàtica, la qual conté tota l'informació del sistema. És per açò que es parla de les "variables naturals" de cada potencial: es tracta de les magnituts que juguen el paper de variables independents en la funció associada al potencial (en la qual, evidentment, el paper de variable depenent ho juga el valor numèric del potencial com a magnitut física mensurable).