[科普中國]-黑姆荷茲自由能

黑姆荷茲自由能是Helmholtz free energy英文的音譯，也譯為亥姆霍茲自由能（在物理學(xué)中也常直接簡稱為自由能），是一個重要的熱力學(xué)參數(shù)，常用F或A表示，它的定義是：F=U-TS,其中U是系統(tǒng)的內(nèi)能，T是溫度，S是熵。1

簡介自由能可以被理解成是系統(tǒng)內(nèi)能的一部分，這部分在可逆等溫過程中被轉(zhuǎn)化成功。在粒子數(shù)不變的等溫過程中，系統(tǒng)對外界所做的功一定只能小于或者等于其自由能的減少，也就是說，系統(tǒng)自由能的減少就是等溫過程中系統(tǒng)對外界所做的最大功。2

表示方法自由能常用F或A表示，其被定義為：

其中U是系統(tǒng)的內(nèi)能，T是溫度，S是熵。3

自由能的微分形式是：

其中P是壓強，V是體積，μ是化學(xué)勢。3

主要應(yīng)用某過程的自發(fā)狀態(tài)及平衡條件的判斷

用熵增原理來判別一個過程的自發(fā)方向及平衡條件時，系統(tǒng)必須是隔離的，否則必須考慮環(huán)境的熵變。亦就是說，對非隔離系統(tǒng)，要判斷一個過程是否能夠進行，應(yīng)該把系統(tǒng)和環(huán)境的總體看成一個新的隔離系統(tǒng)，并把系統(tǒng)的熵變和環(huán)境的熵變的總和計算出來，才能得到普遍性的熵判據(jù)。因為，通常反應(yīng)總是在等溫、等溫等壓或等溫等容條件下的封閉系統(tǒng)內(nèi)進行的，這時利用熵判據(jù)來判別過程的方向時，除了考慮系統(tǒng)的熵變，還得考慮環(huán)境的熵變，很不方便。為此亥姆霍茲(VonHelmholz H L P，1821~1984，德國人)和吉布斯(GibbsJ W，1839~1903，美國人)又定義了兩個狀態(tài)函數(shù)—亥姆霍茲自由能和吉布斯自由能。用這兩個輔助函數(shù)的變化值作判據(jù)，只考慮系統(tǒng)自身性質(zhì)的變化便可達到目的，再無需考慮環(huán)境的影響了。4

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)