Հելմհոլցի ազատ էներգիա

Հելմհոլցի ազատ էներգիա, թերմոդինամիկական պոտենցիալ, որի նվազումը քվազիստատիկ իզոթերմ պրոցեսում հավասար է համակարգի կողմից արտաքին ուժերի վրա կատարված աշխատանքին։

ՍահմանումԽմբագրել

Հելմհոլցի ազատ էներգիան հաստատուն թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար սահմանվում է որպես

 ,

որտեղ  ներքին էներգիան է,  -ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը,  -ը՝ էնտրոպիան։

Այստեղից ազատ էներգիայի դիֆերենցիալը հավասար է

  •  ։

Այս արտահայտությունը լրիվ դիֆերենցիալ է   և   անկախ փոփոխականների նկատմամբ։ Այդ պատճառով հաճախ Հելմհոլցի ազատ էներգիան հավասարակշիռ վիճակի համար արտահայտում են որպես

 

ֆունկցիա։

Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար Հելմհոլցի ազատ էներգիայի դիֆերենցիալը գրվում է որպես

 ,

որտեղ  քիմիական պոտենցիալն է, իսկ  -ը՝ մասնիկների թիվը համակարգում։ Ընդ որում Հելմհոլից ազատ էներգիան հավասարակշիռ վիճակի համար գրվում է որպես   ֆունկցիա։

Տեսական և կիրառական քիմիայի միջազգային միության հանձնարարականով Հելմհոլցի էներգիան քիմիական թերմոդինամիկայում կարելի է նաև նշանակել որպես A[1]։

Հելհոլցի ազատ էներգիան և թերմոդինամիկական հավասարակշռության կայունությունըԽմբագրել

Ֆիքսված ջերմաստիճանով և ծավալով համակարգում կայուն հավասարակշռության վիճակը համապատասխանում է Հելմհոլցի ազատ էներգիայի մինիմումի կետին։ Այլ կերպ ասած, այդպիսի համակարգում այդ կետում հնարավոր չեն մակրոսկոպիկ պարամետրերի փոփոխություններ։

Հելմհոլցի ազատ էներգիան և առավելագույն աշխատանքըԽմբագրել

Հելմհոլցի ազատ էներգիան իր անվանումը ստացել է նրանից, որ թերմոդինամիկական համակարգի կողմից արտաքին ուժերի վրա կատարած աշխատանքի չափն է։

Դիցուք համակարգը   վիճակից անցնում է   վիճակ։ Քանի որ աշխատանքը համակարգի վիճակի ֆունկցիա չէ, համակարգի կողմից այդ պրոցեսում կատարված աշխատանքը կախված կլինի այդ անցման ճանապարհից։ Կարելի է ցույց տալ, որ այս դեպքում համակարգի կատարած առավելագույն աշխատանքը հավասար է Հելմհոլցի ազատ էներգիայի նվազմանը․

 ։

f ինդեքսը նշանակում է, որ դիտարկվող մեծությունը համակարգւ լրիվ աշխատանքն է տվյալ պրոցեսում։

Հելմհոլցի և Գիբսի ազատ էներգիաներԽմբագրել

Երբեմն ազատ էներգիա են անվանում ոչ թե Հելմհոլցի էներգիան, այլ՝ Գիբսի էներգիան։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ Գիբսի էներգիան նույնպես առավելագույն աշխատանքի չափն է, սակայն այս դեպքում դիտարկվում է միայն արտաքին մարմինների վրա կատարած աշխատանքը՝ բացառելով միջավայրը․

 ,

որտեղ  -ն Գիբսի էներգիան է։

Տես նաևԽմբագրել

ԾանոթագրություններԽմբագրել

  1. E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmström, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, "Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry", IUPAC Green Book, 3rd Edition, 2nd Printing, IUPAC & RSC Publishing, Cambridge (2008) — p. 56.

ԳրականությունԽմբագրել

  • Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.
  • Квасников. И. А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем, том. 1. М.: Изд-во МГУ, 1991. (2-е изд., испр. и доп. М.: УРСС, 2002. 240 с.)
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.
  • Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 3-е, дополненное. — М.: Наука, 1976. — 584 с. — («Теоретическая физика», том V).