Helmholtzi vabaenergia

Helmholtzi vabaenergia ehk Helmholtzi energia on Hermann von Helmholtzi järgi nimetatud termodünaamiline olekufunktsioon, mis olekuparameetrite temperatuuri $T$, ruumala $V$ ja termodünaamilises süsteemis sisalduva ainehulga $n_i$ funktsioonina määrab täielikult süsteemi termodünaamilised omadused. Neid olekuparameetreid kui sõltumatuid muutujaid nimetatakse ka vaba energia loomulikeks muutujateks (ingl natural variables).

Entroopia $S$, rõhk $p$ ja keemiline potentsiaal ${\mu }_i$ avalduvad sel juhul Helmholtzi energia $F(T,V,n_i)$ osatuletistena $S=\partial F/\partial T,p=\partial F/\partial V,{\mu }_i=\partial F/\partial n_i$.

Helmholtzi vaba energia on võrdne süsteemi siseenergiaga $U$, millest on lahutatud süsteemi absoluutse temperatuuri $T$ ja entroopia $S$ korrutis:

$F=U-TS$.

Molaarne vaba energia (ühik J/mol) on vaba energia ainehulga $n_i$ kohta:

$F_m=\frac{F}{n_i}$.

Vaba erienergia (ühik J/kg) on vaba energia massi $m$ kohta

$f=\frac{F}{m}$.

Süsteemis, mille temperatuur ja maht püsib muutumatuna, kulgevad pöördumatud protsessisd Helmholtzi energia vähenemise suunas, kusjuures termodünaamilise tasakaalu olukorras on vaba energia väärtus väikseim. Isotermilises protsessis on Helmholtzi energia muutus avaldatav kujul

$F_1-F_2\ge A,$

kus $F_1$ ja $F_2$ on vastavalt vaba energia alg- ja lõppväärtus ja $A$ on süsteemi töö; võrdus kehtib pöörduva protsessi ja võrratus pöördumatu protsessi korral.

Kui kasutatakse terminit vabaenergia või vaba energia ilma nimelise täpsustuseta, siis mõeldakse üldiselt Helmholtzi vabaenergiat.

Vaata ka

• Termodünaamiline potentsiaal
• Gibbsi vabaenergia