Гельмгольца энергия

ГЕЛЬМГОЛЬЦА ЭНЕРГИЯ (свободная энергия, изохорно-изотермический потенциал), один из потенциалов термодинамических, характеристическая функция при выборе объёма V и температуры Т в качестве независимых термодинамических переменных. Как термодинамический потенциал введена в 1876 году Дж. У. Гиббсом, в 1882 году Г. Гельмгольц предложил термин «свободная энергия».

Существование Гельмгольца энергии есть следствие первого и второго начал термодинамики. Гельмгольца энергия связана с внутренней энергией U и энтропией S соотношением F = U-TS. Изменение F при квазистатическом процессе равно dF= - SdT - pdV; следовательно, убыль Гельмгольца энергии при изотермическом процессе равна полной работе, совершаемой системой. Энтропию и давление можно получить, дифференцируя Гельмгольца энергию по Т и V: S = - (дF/дТ)_v , р = - (дF/дV)Т. Это означает, что Гельмгольца энергия есть характеристическая функция в переменных Т и V. Для многокомпонентных систем dF = -SdT - pdV +∑_iμ_idN_i гдe dN_i - приращение массы i-го компонента, μ_i = (дF/дN_i)_Т.V - химический потенциал. Условием термодинамического равновесия системы является минимум Гельмгольца энергии при постоянстве Т, V и других термодинамических параметров, определяющих состояние системы.

В статистической физике более распространён термин «свободная энергия», она определяется через логарифм статистического интеграла (или статистической суммы) Z: F = - kTlnZ (k - постоянная Больцмана).