פוטנציאל כימי

בפיזיקה פוטנציאל כימי (מסומן בדרך כלל באות $\ \mu$) או רמת פרמי ($\varepsilon_F$) הוא כמות האנרגיה שיש להשקיע על מנת להוסיף חלקיק למערכת קיימת.

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.

דוגמאות

• פוטנציאל כימי של גז אידאלי קלאסי נתון על ידי:

$\mu= k_B T \ln \left[\left(\frac{h^2}{2\pi m k_BT} \right)^{3/2} \frac{N}{V} \right]$

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 לאפס. זאת כיוון שניתן להוסיף למערכת חלקיק בעל אנרגיה אפס. לעומת זאת עבור גז אידאלי של פרמיונים בטמפרטורה אפס, הפוטנציאל הכימי שווה לאנרגיית פרמי, זאת כיוון שבגלל עקרון האיסור של פאולי אם נרצה להוסיף חלקיק תהיה לו אנרגיה השווה לפחות לאנרגיית פרמי.

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