Helmholtz fri energi

Helmholtz- energi (eller helt enkelt fri energi ) är en termodynamisk potential , vars förlust i en kvasi-statisk isotermisk process är lika med det arbete som systemet gör på yttre kroppar.

Definition

Helmholtz fria energi för ett system med ett konstant antal partiklar definieras enligt följande:

${\mathcal {F}}=U-TS$ , där är den inre energin , är den absoluta temperaturen , är entropin . $U$ $T$ $S$

Därför är den fria energiskillnaden lika med:

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

Det kan ses att detta uttryck är en total differential med avseende på de oberoende variablerna och . Därför uttrycks Helmholtz fria energi för jämviktstillståndet ofta som en funktion av . $T$ $V$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V)$

För ett system med ett variabelt antal partiklar skrivs Helmholtz fria energiskillnad enligt följande:

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

var är den kemiska potentialen och är antalet partiklar i systemet. I detta fall skrivs Helmholtz fria energi för jämviktstillståndet som en funktion av . $\mu$ $N$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V,N)$

I enlighet med rekommendationerna från IUPAC kan Helmholtz-energin i kemisk termodynamik också betecknas som A [1] .

Helmholtz fri energi och stabilitet av termodynamisk jämvikt

Det kan visas att i ett system med fast temperatur och volym motsvarar läget för stabil jämvikt minimipunkten för Helmholtz fria energi. Med andra ord, vid denna punkt (för ett sådant system) är inga förändringar i de makroskopiska parametrarna möjliga.

Helmholtz fri energi och maximalt arbete

Den fria Helmholtz-energin har fått sitt namn från det faktum att den är ett mått på det arbete som ett termodynamiskt system kan utföra på yttre kroppar.

Låt systemet gå från stat till stat . Eftersom arbetet inte är en funktion av systemets tillstånd, kommer det arbete som utförs av systemet i en given process att bero på vägen längs vilken denna övergång sker. $ett$ $2$

Låt oss sätta upp som mål att bestämma det maximala arbete som systemet kan göra i detta fall.

Det kan visas att detta maximala arbete är lika med förlusten av Helmholtz fri energi:

$A_{max}^{f}=-\Delta {\mathcal {F))$ . Här betyder index f att kvantiteten i fråga är systemets totala arbete i den givna processen (se nedan).

Fria energier från Helmholtz och Gibbs

I applikationer kallas "fri energi" ibland inte som Helmholtz fria energi utan som Gibbs energi . Detta beror på det faktum att Gibbs-energin också är ett mått på maximalt arbete, men i det här fallet beaktas endast arbete på externa kroppar, exklusive mediet:

$A_{max}^{u}=-\Delta G$ , var är Gibbs energi. $G$

Se även

Anteckningar

↑ Engelska. 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 och A. J. Thor, " Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008) - sid. 56.

Litteratur

Bazarov I.P. Termodynamik. (otillgänglig länk) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 sid.
Kvasnikov. IA Termodynamik och statistisk fysik. Theory of equilibrium systems, vol. 1. M.: Publishing House of Moscow State University, 1991. (2nd ed., Rev. and add. M.: URSS, 2002. 240 s.)
Sivukhin DV Allmän kurs i fysik. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodynamik och molekylär fysik. — 519 sid.
Landau L. D. , Lifshits E. M. Statistisk fysik. Del 1. - 3:e upplagan, tillägg. — M .: Nauka , 1976. — 584 sid. - (" Teoretisk fysik ", volym V).

Termodynamiska potentialer
Inre energi Entalpi Helmholtz fri energi Gibbs energi Stor termodynamisk potential
Portal "Fysik"