פוטנציאל כימי

בפיזיקה, פוטנציאל כימי (מסומן בדרך כלל באות $\ \mu$) הוא כמות האנרגיה שיש להשקיע על מנת להוסיף חלקיק למערכת קיימת. לעיתים קרובות מתבלבלים בין פוטנציאל כימי לאנרגיית פרמי.

הגדרת פוטנציאל כימי, דרך אנרגיה חופשית של הלמהולץ, נתונה על ידי:

$\mu (T,V,N)=\left({\frac {\partial F}{\partial N}}\right)_{T,V}$

כאשר:

• $\ T$ היא הטמפרטורה.
• $\ V$ נפח המערכת.
• $\ N$ מספר החלקיקים.
• $\ F$ אנרגיה חופשית של הלמהולץ.

הגדרת הפוטנציאל הכימי, דרך האנרגיה של המערכת, היא:

$\mu (S,V,N)=\left({\frac {\partial E}{\partial N}}\right)_{S,V}$

כאשר S היא האנטרופיה של המערכת.

דוגמאות

• פוטנציאל כימי של גז אידאלי קלאסי נתון על ידי:

$\mu =k_{B}T\ln \left[\left({\frac {h^{2}}{2\pi mk_{B}T}}\right)^{3/2}{\frac {N}{V}}\right]$

כאשר:

• $T$ היא הטמפרטורה.
• $V$ נפח המערכת.
• $N$ מספר החלקיקים, $m$ מסתם.
• $\ h$ קבוע פלנק.
• $\ k_{B}$ קבוע בולצמן.

• עבור גז אידאלי של בוזונים בטמפרטורה אפס הפוטנציאל הכימי שווה לאנרגיית רמת היסוד, זאת כיוון שכל חלקיק שייכנס למערכת בטמפרטורה אפס ישב ברמת היסוד. לעומת זאת עבור גז אידאלי של פרמיונים בטמפרטורה אפס, הפוטנציאל הכימי שווה לאנרגיית פרמי ($\varepsilon _{F}$), זאת כיוון שבגלל עקרון האיסור של פאולי פרמיונים לא יכולים לאכלס את אותו מצב קוונטי, ולכן ייכנסו למצב הפנוי בעל האנרגיה הנמוכה ביותר.

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום למכלול ולהרחיב אותו.