Helmholtz energie liberă

Energia Helmholtz (sau pur și simplu energia liberă ) este un potențial termodinamic , a cărui pierdere într -un proces izoterm cvasistatic este egală cu munca efectuată de sistem asupra corpurilor externe.

Definiție

Energia liberă Helmholtz pentru un sistem cu un număr constant de particule este definită după cum urmează:

${\mathcal {F}}=U-TS$ , unde este energia internă , este temperatura absolută , este entropia . $U$ $T$ $S$

Prin urmare , diferența de energie liberă este egală cu:

$d{\mathcal {F}}=d(U-TS)=\delta Q-\delta Ad(TS)=-PdV-SdT$ .

Se poate observa că această expresie este o diferenţială totală faţă de variabilele independente şi . Prin urmare, energia liberă Helmholtz pentru starea de echilibru este adesea exprimată în funcție de . $T$ $V$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V)$

Pentru un sistem cu un număr variabil de particule, diferența de energie liberă Helmholtz se scrie după cum urmează:

$d{\mathcal {F}}=-PdV-SdT+\mu dN$ ,

unde este potențialul chimic și este numărul de particule din sistem. În acest caz, energia liberă Helmholtz pentru starea de echilibru este scrisă în funcție de . $\mu$ $N$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V,N)$

În conformitate cu recomandările IUPAC , energia Helmholtz în termodinamica chimică poate fi de asemenea notată ca A [1] .

Energia liberă Helmholtz și stabilitatea echilibrului termodinamic

Se poate demonstra că într-un sistem cu temperatură și volum fixe , poziția de echilibru stabil corespunde punctului de minim al energiei libere Helmholtz. Cu alte cuvinte, în acest moment (pentru un astfel de sistem) nu sunt posibile modificări ale parametrilor macroscopici.

Helmholtz energie liberă și muncă maximă

Energia liberă Helmholtz și-a primit numele de la faptul că este o măsură a muncii pe care un sistem termodinamic o poate face asupra corpurilor externe.

Lăsați sistemul să treacă de la stat la stat . Deoarece munca nu este o funcție a stării sistemului, munca efectuată de sistem într-un proces dat va depinde de calea pe care are loc această tranziție. $unu$ $2$

Să ne stabilim scopul de a determina munca maximă pe care sistemul o poate face în acest caz.

Se poate demonstra că acest lucru maxim este egal cu pierderea energiei libere Helmholtz:

$A_{max}^{f}=-\Delta {\mathcal {F)}$ . Aici indicele f înseamnă că cantitatea luată în considerare este munca totală a sistemului în procesul dat (vezi mai jos).

Energiile libere ale lui Helmholtz și Gibbs

În aplicații, „energia liberă” este uneori denumită nu energia liberă Helmholtz, ci energia Gibbs . Acest lucru se datorează faptului că energia Gibbs este, de asemenea, o măsură a muncii maxime, dar în acest caz este luată în considerare numai munca pe corpuri externe, excluzând mediul:

$A_{max}^{u}=-\Delta G$ , unde este energia Gibbs. $G$

Vezi și

Note

↑ engleză. E. R. Cohen, T. Cvitas, J. G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H. L. Strauss, M. Takami și A. J. Thor, " Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry”, Cartea Verde IUPAC, Ediția a 3-a, Tipărirea a 2-a, Editura IUPAC și RSC, Cambridge (2008) - p. 56.

Literatură

Bazarov I.P. Termodinamică. (link inaccesibil) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 p.
Kvasnikov. IA Termodinamică și fizică statistică. Teoria sistemelor de echilibru, voi. 1. M.: Editura Universității de Stat din Moscova, 1991. (ed. a II-a, Rev. și add. M.: URSS, 2002. 240 p.)
Sivukhin DV Curs general de fizică. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodinamica si fizica moleculara. — 519 p.
Landau L. D. , Lifshitz E. M. Fizică statistică. Partea 1. - Ediția a III-a, add. — M .: Nauka , 1976. — 584 p. - (" Fizica teoretică ", Volumul V).

Potențiale termodinamice
Energie interna Entalpie Helmholtz energie liberă Energia Gibbs Potential termodinamic mare
Portalul „Fizica”