亥姆霍兹自由能

系统属性注意：共轭变量以斜体显示

材料特性

• 属性数据库

可压缩性 β = − {\displaystyle \beta =-}
热膨胀 α = {\displaystyle \alpha =}

方程式

• 卡诺定理
• 克劳修斯定理
• 基本关系
• 理想气体定律

• 麦克斯韦关系
• Onsager 互惠关系
• 布里奇曼方程
• 热力学方程表

潜力

• 自由能
• 自由熵

• 内能 U ( S , V ) {\displaystyle U(S,V)}
• 焓 H ( S , p ) = U + p V {\displaystyle H(S,p)=U+pV}
• 亥姆霍兹自由能 A ( T , V ) = U − T S {\displaystyle A(T,V)=U-TS}
• 吉布斯自由能 G ( T , p ) = H − T S {\displaystyle G(T,p)=H-TS}

在热力学中，亥姆霍兹自由能（或亥姆霍兹能量）是一种热力学势能，用于测量在恒定温度（等温）下从封闭热力学系统获得的有用功。 过程中亥姆霍兹能量的变化等于系统在温度保持恒定的热力学过程中可以执行的xxx功量。 在恒定温度下，亥姆霍兹自由能在平衡时最小化。

相比之下，吉布斯自由能或自由焓最常用于衡量热力学势（尤其是在化学中），因为它便于在恒定压力下发生的应用。

自由能的概念由德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹提出，并于 1882 年在一次名为“化学过程的热力学”的讲座中首次提出。 国际理论与应用化学联合会 (IUPAC) 从德语单词 Arbeit（工作）中推荐使用符号 A 和亥姆霍兹能量这一名称。 在物理学中，符号 F 也用于指代自由能或亥姆霍兹函数。

亥姆霍兹自由能定义为 F ≡ U − T S , {\displaystyle F\equiv U-TS,} 其中

• F 是亥姆霍兹自由能（有时也称为 A，特别是在化学领域）（SI：joules，CGS：ergs），
• U 是系统的内能（SI：焦耳，CGS：尔格），
• T 是周围环境的xxx温度（开尔文），模拟为热浴，
• S 是系统的熵（SI：每开尔文焦耳，CGS：每开尔文尔格）。

亥姆霍兹能量是内能U的勒让德变换，其中温度代替熵作为自变量。

封闭系统中的热力学xxx定律规定

其中 U {\displaystyle U} 是内能， δ Q {\displaystyle \delta Q} 是作为热量添加的能量，而 δ W {\displaystyle \delta W} 是系统所做的功 .

可逆过程的热力学第二定律得出 δ Q = T d S {\displaystyle \delta Q=T\,\mathrm {d} S} 。 在可逆变化的情况下，所做的功可以表示为 δ W = − p d V {\displaystyle \delta W=-p\,\mathrm {d} V}（忽略电和其他非 PV 工作）。