Energie liberă

Pentru alte sensuri, vedeți Energie liberă (dezambiguizare).

Potențiale termodinamice
Energie internă	$U\left(S,V,N\right)\,$
Entalpie	$H\left(S,p,N\right)\,$
Energie liberă	$F\left(T,V,N\right)\,$
Entalpie liberă	$G\left(T,p,N\right)\,$
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]

\quad F=U-TS,\,

unde $U\,$ este energia internă, $T\,$ temperatura, iar $S\,$ 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 modificare

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

Energia liberă a unui fluid modificare

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

dF=-S\,dT-p\,dV+\sum _{k=1}^{c}\mu _{k}\,dN_{k}\,

furnizează ecuațiile de stare

\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 modificare

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

Bibliografie modificare

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 modificare

[1] IUPAC Gold Book

[2] Notația tradițională folosită de fizicieni pentru energia liberă este $F;\,$ în chimie și inginerie se folosește adesea notația $A,\,$ recomandată de IUPAC.

[3] Țițeica, pp. 107–109; Fermi, pp. 77-80.

[4] Cantitățile $N=\left(N_{1},...,N_{c}\right)\,$ pot fi exprimate în unități de masă, număr de moli sau chiar număr de molecule.

[1]

[2]

[3]

[4]