亥姆霍茲能

亥姆霍茲能

亥姆霍茲能是等溫下做所有功的能力,其大小等於內能減去絕對溫度和熵的乘積,亦稱功函 (work function),是一種具有容量性質的熱力學參數。在物理學中,常用字母F(或A)來表示亥姆霍茲能。

定義

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

亥姆霍茲能F定義為:

其中 U是系統的內能,T為熱力學溫度,S為熵。

根據熱力學第一定律及熱力學第二定律:

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在等溫(系統的始態溫度T、終態溫度T和環境的溫度T相等,即T=T=T)的情況下,溫度T為常數,則此時,存在

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

式中不等號表示不可逆過程,等號表示可逆過程。 由此可知,在等溫過程中,一個封閉體系所能做的最大功等於其亥姆霍茲能的減少。因此,亥姆霍茲能可以理解為等溫條件下體系作功的本領。

物理意義

封閉系統在等溫條件下系統亥姆霍茲能減少,等於可逆過程系統所作的最大功;若是不可逆過程,系統亥姆霍茲能的減少恆大於不可逆過程的功。

亥姆霍茲能是狀態函式,只要狀態一定,其值就一定,而不在乎是否發生的是等溫或是可逆過程。只是在等溫可逆過程中,系統所做的最大功(-W)才等於亥姆霍茲能的減少。

最小亥姆霍茲能原理

系統在等溫等容,無非體積功的條件下,W=0,此時

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

即系統在等溫等容,無非體積功的條件下,封閉系統自發變化總是朝著亥姆霍茲能減少的方向進行,這就是最小亥姆霍茲能原理。因此,根據亥姆霍茲能的變化,即可判斷過程的自發情況。

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

當此時為自發過程;

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當此時為可逆過程或處於平衡狀態;

亥姆霍茲能 亥姆霍茲能

當為不能自發進行的過程。

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