Energia swobodna Helmholtza (a lub A lub F ) – funkcja stanu i potencjał termodynamiczny odpowiadający tej części energii wewnętrznej, która może być w danym procesie uwolniona na zewnątrz układu w formie pracy lub ciepła przy stałej temperaturze i objętości.
Jest to przydatna funkcja, w odróżnieniu od energii wewnętrznej, można ją łatwo wyznaczyć, gdyż zależy w sposób naturalny od temperatury, objętości i liczby moli substancji, a parametry te można łatwo mierzyć. Funkcji tej używa się często przy złożonych procesach, w których przekazywanie energii odbywa się na kilka różnych sposobów (np:reakcja chemiczna połączona ze zmianą temperatury i ciśnienia).
Energia swobodna Helmholtza często jest oznaczana symbolem F, ale przez IUPAC preferowane jest używanie A (zobacz: Alberty, 2001).
Definicja i związki Energię swobodną Helmholtza definiuje wzór:
Z definicji energii Helmholtza, energii wewnętrznej i entropii, dla procesu odwracalnego różniczkę energii Helmholtza określa wzór:
Wzór ten dla układu, w którym nie zmienia się liczba cząsteczek układu upraszcza się do:
Z powyższego wzoru wynikają zależności:
Entropia (S):
Ciśnienie (p):
Potencjał chemiczny () i-tego składnika
gdzie: U – energia wewnętrzna, T – temperatura, S – entropia, p – ciśnienie, V – objętość.
Energia swobodna gazu doskonałego Energię swobodną Helmholtza jednoatomowego gazu doskonałego określa wzór:
gdzie: A – energia swobodna Helmholtza, T – temperatura, V – objętość, n – liczba moli gazu, R – uniwersalna stała gazowa, A0 – energia swobodna Helmholtza w: T0, V0, n0 – parametry początkowe.
Równanie to dla określonej temperatury, objętości, liczności materii oraz energii Helmholtza w określonych warunkach początkowych, jednoznacznie określa energię Helmholtza, co jest uzasadnieniem, że energia Helmholtza jest potencjałem termodynamicznym. Z równania tego poprzez różniczkowanie lub całkowanie można uzyskać inne zależności dla gazu doskonałego.
Zobacz też entalpia potencjały termodynamiczne układ kanoniczny
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Kategoria:Termodynamiczne funkcje stanu Kategoria:Energia Kategoria:Wielkości fizyczne nazwane od osób