Energie liberă

Pentru alte sensuri, vedeți Energie liberă (dezambiguizare).
Potențiale termodinamice
Energie internă    U ( S , V , N ) {\displaystyle U\left(S,V,N\right)\,}
Entalpie    H ( S , p , N ) {\displaystyle H\left(S,p,N\right)\,}
Energie liberă    F ( T , V , N ) {\displaystyle F\left(T,V,N\right)\,}
Entalpie liberă    G ( T , p , N ) {\displaystyle G\left(T,p,N\right)\,}
modifică 

Energia liberă (sau energia liberă Helmholtz, denumirea recomandată de IUPAC fiind Helmholtz energy sau Helmholtz function)[1] este o funcție de stare a unui sistem termodinamic. Energia liberă e legată de alte mărimi termodinamice fundamentale prin relația[2]

F = U − T S , {\displaystyle \quad F=U-TS,\,}

unde U {\displaystyle U\,} este energia internă, T {\displaystyle T\,} temperatura, iar S {\displaystyle S\,} entropia.

Variația energiei libere într-o transformare izotermă reprezintă limita superioară a energiei care poate fi transferată către sistem în cursul transformării sub formă de lucru mecanic; această limită este atinsă dacă și numai dacă transformarea este și reversibilă. Într-o transformare izotermă la variabile de poziție constante, un sistem va atinge o stare finală de echilibru termodinamic corespunzătoare unui minim al energiei libere.[3]

Exprimată ca funcție de temperatură și de variabilele de poziție, energia liberă este un potențial termodinamic.

Istoric

Conceptul a fost introdus de Hermann Helmholtz în opera sa Thermodynamik chemischer Vorgänge din 1882.

Energia liberă a unui fluid

Fie o cantitate de fluid, care poate fi un amestec de c {\displaystyle c\,} componente din specii diferite de substanțe chimice. O stare de echilibru a acestui sistem este complet descrisă de variabilele temperatură T , {\displaystyle T,\,} volum V {\displaystyle V\,} și cantitățile în care sunt prezente componentele sale N = ( N 1 , . . . , N c ) {\displaystyle N=\left(N_{1},...,N_{c}\right)\,} .[4] Energia liberă F ( T , V , N ) = U − T S {\displaystyle F\left(T,V,N\right)=U-TS\,} este un potențial termodinamic. Diferențiala totală

d F = − S d T − p d V + ∑ k = 1 c μ k d N k {\displaystyle dF=-S\,dT-p\,dV+\sum _{k=1}^{c}\mu _{k}\,dN_{k}\,}

furnizează ecuațiile de stare

( ∂ F ∂ T ) V , { N k } = − S , ( ∂ F ∂ V ) T , { N k } = − p , ( ∂ F ∂ N j ) T , V , { N k ≠ j } = μ j . {\displaystyle \left({\frac {\partial F}{\partial T}}\right)_{V,\{N_{k}\}}=-S,\quad \left({\frac {\partial F}{\partial V}}\right)_{T,\{N_{k}\}}=-p,\quad \left({\frac {\partial F}{\partial N_{j}}}\right)_{T,V,\{N_{k\neq j}\}}=\mu _{j}.}

Note

  1. ^ IUPAC Gold Book
  2. ^ Notația tradițională folosită de fizicieni pentru energia liberă este F ; {\displaystyle F;\,} în chimie și inginerie se folosește adesea notația A , {\displaystyle A,\,} recomandată de IUPAC.
  3. ^ Țițeica, pp. 107–109; Fermi, pp. 77-80.
  4. ^ Cantitățile N = ( N 1 , . . . , N c ) {\displaystyle N=\left(N_{1},...,N_{c}\right)\,} pot fi exprimate în unități de masă, număr de moli sau chiar număr de molecule.

Bibliografie

  • Șerban Țițeica: Termodinamica, Editura Academiei Republicii Socialiste România, București, 1982.
  • I.G. Murgulescu și R. Vîlcu: Introducere în chimia fizică, Vol. III Termodinamica chimică, Editura Academiei Republicii Socialiste România, 1982.
  • Enrico Fermi: Thermodynamics, Dover Publications, 1956, ISBN 978-0-486-60361-2. Google books
  • Zoltán Gábos, Oliviu Gherman: Termodinamica și fizica statistică, Editura Didactică și Pedagogică, 1964, 1967
  • George C. Moisil: Termodinamica, Editura Academiei RSR, București, 1988,
  • Stoian Petrescu, Valeria Petrescu: Principiile termodinamicii - Evoluție, fundamentări, aplicații, Editura Tehnică, București, 1983
  • Ion M. Popescu: Fizica - Termodinamica, Editura Politehnica Press, București, 2002
  • V. Kirillin, V. Sîcev, A. Șeindlin: Termodinamica, Editura Științifică și Enciclopedică, 1985, (traducere din limba rusă)

Vezi și


v • d • m
Fizică statistică
Termodinamică
Calorimetrie • Capacitate termică • Căldură latentă • Ciclu termodinamic • Ciclul Carnot • Ciclul Clausius-Rankine • Coeficient de transformare adiabatică • Constanta universală a gazului ideal • Echilibru termodinamic • Energie internă • Energie liberă • Entalpie • Entalpie liberă • Entropia radiației electromagnetice • Entropia termodinamică (după Carathéodory) • Entropie • Entropie termodinamică • Evaporare • Fază (termodinamică) • Fierbere • Formula lui Planck • Fracție molară • Gaz ideal • Gaz perfect • Gaz real • Legea Boyle-Mariotte • Legea Dulong-Petit • Legea lui Avogadro • Legea lui Dalton • Legea lui Henry • Legea lui Raoult • Legile de deplasare ale lui Wien • Legile lui Kirchhoff (radiație) • Lema lui Carathéodory (termodinamică) • Mărimi molare de exces • Paradoxul lui Gibbs (termodinamică) • Perpetuum mobile • Potențial chimic • Potențial termodinamic • Presiune de vapori • Principiile termodinamicii • Principiul al doilea al termodinamicii • Principiul al doilea al termodinamicii: Planck versus Carathéodory • Principiul al treilea al termodinamicii • Principiul întâi al termodinamicii • Principiul zero al termodinamicii • Proces adiabatic • Punct de fierbere • Punct de topire • Radiație termică • Relația lui Mayer • Rezonatorul lui Planck • Sistem termodinamic • Temperatură • Termochimie • Termodinamică • Transformare Legendre • Transformare termodinamică • Termodinamică chimică •
Mecanică statistică
Teorie cinetică