ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์

ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ () เป็นปริมาณสเกลาร์อย่างหนึ่งที่ใช้แสดงถึงสถานะทางอุณหพลศาสตร์ของระบบทางกายภาพ เฉกเช่นพลังงานศักย์ในวิชากลศาสตร์ ซึ่งมีนิยามว่าศักยภาพหรือความสามารถในการทำงาน ศักย์ต่าง ๆ มีความหมายที่แตกต่างกันไปเช่นกัน ปิแยร์ ดูเฮม เป็นผู้นำเสนอแนวคิดว่าด้วยศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ใน ค.ศ. 1886 ในส่วนของโจไซอา วิลลาร์ด กิบส์ (Josiah Willard Gibbs) เขาใช้คำว่า fundamental functions ในงานเขา

ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ค่าหนึ่งที่สามารถตีความทางกายภาพคือพลังงานภายใน  (internal energy) โดยเป็นพลังงานของการจัดเรียงของระบบของแรงอนุรักษ์ (conservative force) (เหตุที่เรียกว่าศักย์) และมีความหมายต่อเมื่ออิงกับสิ่งอ้างอิง (หรือข้อมูล) ชุดหนึ่งที่นิยามไว้เท่านั้น นิพจน์ทางคณิตศาสตร์ของศักย์ทางอุณหพลศาสตร์อื่นทั้งหมดสามารถหาได้จากการแปลงเลอฌ็องดร์จากนิพจน์ของค่า  กล่าวได้ว่า ศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ทั้งหมดสมมูลกัน ศักย์แต่ละศักย์เป็นการแสดงออกในอีกรูปแบบหนึ่งของศักย์อื่น ๆ

ในอุณหพลศาสตร์ แรงภายนอก อาทิแรงโน้มถ่วง ถือว่าส่งผลต่อพลังงานรวมมากกว่าจะส่งผลต่อศักย์ทางอุณหพลศาสตร์ ของไหลใช้งาน (working fluid) ในเครื่องจักรไอน้ำบนยอดเขาเอเวอเรสต์เป็นต้นมีพลังงานรวมมากกว่าอันเดียวกันที่อยู่ในร่องลึกก้นสมุทรมาเรียนา แต่มีศักย์ทางอุณหพลศาสตร์เท่ากัน เพราะพลังงานโน้มถ่วง (gravitational energy) อยู่กับพลังงานรวม ไม่ได้อยู่กับศักย์ทางอุณหพลศาสตร์เหมือนเช่นพลังงานภายใน

 คำอธิบาย 
ห้าศักย์ทางอุณหพลศาสตร์เช่น:

โดย  = อุณหภูมิ  = เอนโทรปี  = ความดัน  = ปริมาตร   เป็นจำนวนอนุภาคชนิด  ภายในระบบ และ  เป็นศักย์เคมีของอนุภาคชนิด  เซตของ  ทุกตัวรวมว่าเป็นตัวแปรธรรมชาติ แต่หากไม่มีปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้จำนวนเปลี่ยนไปก็ไม่จำเป็นต้องพิจารณา ในมาตรฐาน ISO/IEC พลังงานอิสระเฮ็ล์มฮ็อลทซ์เรียกว่าพลังงานเฮ็ล์มฮ็อลทซ์ หรือฟังก์ชันเฮ็ล์มฮ็อลทซ์ และแทนด้วยตัวแปร  แต่ตัวแปร  เป็นที่แนะนำโดยIUPAC ISO และIEC

ศักย์ทั้งห้านี้เป็นพลังงานศักย์ทั้งสิ้น แต่นอกจากนี้ยังมีศักย์เอนโทรปี (free entropy) ตารางจตุรัสอุณหพลศาสตร์ (thermodynamic square) เป็นเครื่องมือช่วยจำและหาค่าศักย์ต่าง ๆ ที่สามารถนำมาใช้ได้

เฉกเช่นพลังงานศักย์ในวิชากลศาสตร์ ซึ่งมีนิยามว่าศักยภาพหรือความสามารถในการทำงาน ศักย์ต่าง ๆ มีความหมายที่แตกต่างกันไปเช่นกัน เป็นต้นดังต่อไปนี้:
 พลังงานภายใน () คือความสามารถทำงานบวกกับความสามารถปลดปล่อยความร้อน
 พลังงานเฮ็ล์มฮ็อลทซ์ () คือความสามารถทำงานทั้งเชิงกลและที่ไม่ใช่เชิงกล
 เอนทาลปี () คือความสามารถทำงานที่ไม่ใช่เชิงกลบวกกับความสามารถปลดปล่อยความร้อน
 พลังงานกิบส์ () คือความสามารถทำงานที่ไม่ใช่เชิงกล

อ้างอิง

บรรณานุกรม



หมวดหมู่:อุณหพลศาสตร์