Движущей силой различных процессов являются потенциалы: электрический потенциал определяет направление движения зарядов, градиент концентраций (grad c) - направление диффузионного потока вещества, grad T - направление теплового потока. В качестве термодинамических потенциалов, определяющих направление протекания процессов в термодинамических системах, приняты две термодинамические величины: G - свободная энергия Гиббса и А - свободная энергия Гельмгольца. Первое и второе начала термодинамики определяют:
- объединение первого и второго начала.
Поскольку ранее обсуждалось, что максимальная работа совершается системой при ее обратимом переходе из состояния 1 в состояние 2, то
где U - TS = A - функция состояния.
Работа расширения в этом случае равна 0; PdV= 0.
Энергия Гельмгольца - функция состояния, убыль которой равна работе, совершенной системой в обратимом изохорно-изотермическом процессе.
В необратимом процессе работа совершается меньше, чем в обратимом, т.е. dWнеобр. < -dA, или Wнеобр. <-ΔA. При T, р = const работа расширения pdV≠0.
Это означает, что при р, T = const часть изменения энергии системы будет расходоваться на совершение работы расширения, и, следовательно, уменьшится количество энергии, за счет которой может быть совершена полезная работа, иными словами:
W'max = -ΔA-pdV;
W'max = U1 - TS1 - U2 + TS2 - pV2 + pV1 = = (U1 - TS1 + pV1) - (U2 - TS2 + pV2) = -ΔG;
G = U - TS + pV, но при p, T=const; ΔH = U+pV, следовательно,
G = H- TS; W'max = -ΔG; dW'max = -dG для обратимого процесса и
W'необр. < -ΔG; dW"'необр. < -dG
для необратимого процесса.
Энергия Гиббса - это функция состояния, изменение которой равно максимальной работе, совершенной системой в обратимом изобарно-изотермическом процессе.