Energia swobodna Helmholtza

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Energia swobodna Helmholtza (a lub A[a]) – 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[potrzebny przypis]).

Definicja i związki[edytuj]

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:

Energia swobodna gazu doskonałego[edytuj]

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[edytuj]

Uwagi

  1. Małą literę stosuje się w ujęciu ogólnym, dużą dla wielkości molowej[1].

Przypisy

  1. Witold Tomassi, Helena Jankowska: Chemia fizyczna. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1980, s. 16–36. ISBN 83-204-0179-8.

Bibliografia[edytuj]