Energia swobodna Helmholtza
Z Wikipedii
Energia swobodna Helmholtza - w termodynamice to funkcja stanu i potencjał termodynamiczny - odpowiada tej części energii wewnętrznej, która może być w danym procesie uwolniona na zewnątrz układu w formie pracy wykonanej przy stałej temperaturze lub ciepła przy stałej 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).
Spis treści |
[edytuj] 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 (μi) i-tego składnika
gdzie:
- U - energia wewnętrzna
- T - temperatura
- S - entropia
- p - ciśnienie
- V - objętość
[edytuj] 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.
[edytuj] Zobacz też
entalpia, układ kanoniczny, potencjały termodynamiczne
[edytuj] Bibliografia
- R. Hołyst, A. Poniewierski, A. Ciach, Termodynamika
- W Atkins, Chemia fizyczna, Wydawnictwo Naukowe PWN 2001, ISBN 83-01-13502-b