Helmholtz szabad energia

A Helmholtz -energia (vagy egyszerűen szabadenergia ) egy termodinamikai potenciál , amelynek vesztesége egy kvázi statikus izotermikus folyamatban megegyezik a rendszer által a külső testeken végzett munkával.

Definíció

Egy állandó számú részecskeszámú rendszer Helmholtz-szabad energiáját a következőképpen határozzuk meg:

${\mathcal {F}}=U-TS$ , ahol a belső energia , az abszolút hőmérséklet , az entrópia . $U$ $T$ $S$

Ezért a szabadenergia- különbség egyenlő:

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

Látható, hogy ez a kifejezés teljes differenciál a független változók és . Ezért az egyensúlyi állapot Helmholtz-szabad energiáját gyakran a függvényében fejezik ki . $T$ $V$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V)$

Változó számú részecskeszámú rendszer esetén a Helmholtz szabadenergia-differenciál a következőképpen írható fel:

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

hol a kémiai potenciál és a részecskék száma a rendszerben. Ebben az esetben az egyensúlyi állapot Helmholtz-szabadenergiáját függvényében írjuk fel . $\mu$ $N$ ${\mathcal {F}}={\mathcal {F}}(T,V,N)$

Az IUPAC ajánlásával összhangban a Helmholtz-energiát a kémiai termodinamikában A -val is jelölhetjük [1] .

Helmholtz-szabadenergia és a termodinamikai egyensúly stabilitása

Megmutatható, hogy egy fix hőmérsékletű és térfogatú rendszerben a stabil egyensúlyi helyzet a Helmholtz-szabadenergia minimumpontjának felel meg. Más szavakkal, ezen a ponton (egy ilyen rendszer esetében) a makroszkopikus paraméterek nem változtathatók.

Helmholtz szabad energia és maximális munka

A Helmholtz-szabadenergia onnan kapta a nevét, hogy egy termodinamikai rendszer által a külső testeken végzett munka mértéke.

Hagyja, hogy a rendszer állapotról állapotra menjen . Mivel a munka nem a rendszer állapotának függvénye, a rendszer által egy adott folyamatban végzett munka attól függ, hogy ez az átmenet milyen úton megy végbe. $egy$ $2$

Tűzzük ki magunknak azt a célt, hogy meghatározzuk azt a maximális munkát, amit a rendszer ebben az esetben el tud végezni.

Kimutatható, hogy ez a maximális munka megegyezik a Helmholtz-szabadenergia veszteséggel:

$A_{max}^{f}=-\Delta {\mathcal {F))$ . Itt az f index azt jelenti, hogy a vizsgált mennyiség a rendszer teljes munkája az adott folyamatban (lásd alább).

Helmholtz és Gibbs szabad energiái

Az alkalmazásokban a "szabad energiát" néha nem Helmholtz szabad energiának, hanem Gibbs energiának nevezik . Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a Gibbs-energia egyben a maximális munka mértéke is, de ebben az esetben csak a külső testeken végzett munka számít, kivéve a közeget:

$A_{max}^{u}=-\Delta G$ , hol van a Gibbs energia. $G$

Lásd még

Jegyzetek

↑ angol. 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 és A. J. Thor Mennyiségek, mértékegységek és szimbólumok a fizikai kémiában", IUPAC Green Book, 3. kiadás, 2. nyomtatás, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008) - p. 56.

Irodalom

Bazarov I. P. Termodinamika. (elérhetetlen link) M.: Vysshaya shkola, 1991. 376 p.
Kvasnyikov. IA Termodinamika és statisztikai fizika. Egyensúlyi rendszerek elmélete, vol. 1. M.: Moszkvai Állami Egyetem Kiadója, 1991. (2. kiadás, Rev. és add. M.: URSS, 2002. 240 p.)
Sivukhin DV Általános fizika tanfolyam. - M . : Nauka , 1975. - T. II. Termodinamika és molekuláris fizika. — 519 p.
Landau L. D. , Lifshitz E. M. Statisztikai fizika. 1. rész – 3. kiadás, add. — M .: Nauka , 1976. — 584 p. - (" Elméleti fizika ", V. kötet).

Termodinamikai potenciálok
Belső energia Entalpia Helmholtz szabad energia Gibbs energia Nagy termodinamikai potenciál
"Fizika" portál