亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy，在物理學中也常直接簡稱為自由能），是一個重要的熱力學參數，常用 F 表示（或 A ）。
基本介紹
- 中文名：亥姆霍茲自由能
- 定義：F = U - TS
- 內能：U
- 溫度：T
亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy，在物理學中也常直接簡稱為自由能），是一個重要的熱力學參數，常用 F 表示（或 A ），下次VB它的定義是：F = U - TS
亥姆霍茲
亥姆霍茲其中 U 是系統的內能，T 是溫度，S 是熵。（注意與吉布斯自由能的區別）
亥姆霍茲自由能的微分形式是：dF = - SdT - PdV + μdN
其中 P 是壓強，V 是體積，μ是化學勢。
自由能可以被理解成是系統內能的一部分，這部分在可逆等溫過程中被轉化成功。在粒子數不變的等溫過程中，系統對外界所做的功一定只能小於或者等於其自由能的減少，也就是說，系統自由能的減少就是等溫過程中系統對外界所做的最大功。這就是最大功定理。數學表示是：Fa - Fb ≥ -W
如果是等溫等容過程，W=0，上式化為：Fa - Fb ≥ 0
由於吉布斯自由能 G 可以表示為 G = F + pV，另有G = μN，所以F = μN - pV
在統計物理學中，亥姆霍茲自由能是一個最常用的自由能，因為它和配分函式Z直接關聯：F = -NKBTlnZ
其中KB 是玻爾茲曼常數。
