Energie liberă

Pentru alte sensuri, vezi 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	$G \left( T , p , N \right) \,$

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

$\quad F = U - T S , \,$

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.

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 $c \,$ componente de specii moleculare diferite. O stare de echilibru a acestui sistem este complet descrisă de variabilele temperatură $T,\,$ volum $V\,$ și cantitățile în care sunt prezente componentele sale $N=\left(N_1, ..., N_c\right)\,$. Energia liberă $F \left( T,V,N \right) = U - T S \,$ este un potențial termodinamic. Diferențiala totală

$dF = - S \, dT - p \, dV + \sum_{k=1}^c \mu_k \, dN_k \,$

furnizează ecuațiile de stare

$\left(\frac{\partial F}{\partial T}\right)_{V,\{N_k\}} =-S, \quad \left(\frac{\partial F}{\partial V}\right)_{T,\{N_k\}} = -p, \quad \left(\frac{\partial F}{\partial N_j}\right)_{T,V,\{N_{k\ne j}\}} = \mu_j.$

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].
• Stoian Petrescu Principiile termodinamicii, Editura Tehnică, București, 1986

Vezi și

• Potențial termodinamic
• Potențial chimic
• Energie internă
• Entalpie liberă