Energi bebas Helmholtz

Energi bebas Helmholtz adalah potensial termodinamika yang mengukur kerja yang "bermanfaat" dari sistem termodinamika tertutup dengan suhu dan volume yang konstan. Perbedaan negatif energi Helmholtz sama dengan jumlah maksimal kerja yang dapat dilakukan suatu sistem dalam proses termodinamika dengan volume konstan.

Termodinamika
Mesin panas klasik Carnot
Cabang Klasik Statistik Kimia Termodinamika kuantum Kesetimbangan / Tak setimbang
Hukum Kenol Pertama Kedua Ketiga
Sistem Keadaan Persamaan keadaan Gas ideal Gas nyata Wujud zat Kesetimbangan Volume kontrol Instrumen Proses Isobarik Isokorik Isotermis Adiabatik Isentropik Isentalpik Quasistatik Politropik Ekspansi bebas Reversibel Ireversibel Endoreversibilitas Siklus Mesin kalor Pompa kalor Efisiensi termal
Properti sistem Catatan: Variabel konjugat dengan huruf miring Diagram properti Sifat ekstensif dan intensif Fungsi proses Kerja Panas Fungsi keadaan Suhu / Entropi (Pendahuluan) Tekanan / Volume Potensi kimia / Nomor partikel Kualitas uap Properti tereduksi
Persamaan Teorema Carnot Teorema Clausius Hubungan dasar Hukum gas ideal Hubungan Maxwell Onsager reciprocal relations Persamaan Bridgman Tabel persamaan termodinamika
Potensial Energi bebas Entropi bebas Energi dalam ${\displaystyle U(S,V)}$ Entalpi ${\displaystyle H(S,p)=U+pV}$ Energi bebas Helmholtz ${\displaystyle A(T,V)=U-TS}$ Energi bebas Gibbs ${\displaystyle G(T,p)=H-TS}$
Ilmuwan Bernoulli Boltzmann Carnot Clapeyron Clausius Carathéodory Duhem Gibbs von Helmholtz Joule Maxwell von Mayer Onsager Rankine Smeaton Stahl Thompson Thomson van der Waals Waterston
Buku Kategori Portal Termodinamika
l b s

Konsep energi bebas Helmholtz dikembangkan oleh fisikawan Jerman Hermann von Helmholtz. Konsep ini pertama kali dipresentasikan pada tahun 1882.^[1] Energi bebas Helmholtz biasanya ditulis dengan lambang A  (dari bahasa Jerman, "Arbeit", yang berarti "kerja") atau F. IUPAC menyarankan huruf A dan penggunaan nama "energi Helmholtz".^[2]

Definisi

Energi Helmholtz didefinisikan sebagai berikut:^[3]

${\displaystyle A\equiv U-TS,}$

where

A adalah energi bebas Helmholtz (SI: joule, CGS: erg),

U adalah energi internal sistem (SI: joule, CGS: erg),

T adalah suhu absolut (kelvin)

S adalah entropi sistem (SI: joule per kelvin, CGS: erg per kelvin).

Pengembangan secara matematis

Dari hukum termodinamika pertama dalam sistem yang tertutup, diperoleh rumus:

${\displaystyle \mathrm {d} U=\delta Q\ +\delta W,}$

${\displaystyle U}$ adalah energi internal, ${\displaystyle \delta Q}$ adalah energi yang ditambahkan sebagai panas, dan ${\displaystyle \delta W}$ adalah kerja yang dilakukan pada sistem. Berdasarkan hukum termodinamika kedua, rumus berikut dapat ditulis untuk proses reversibel: ${\displaystyle \delta Q=T\,\mathrm {d} S}$. Selain itu, untuk perubahan yang reversibel, kerja yang dilakukan dapat ditulis sebagai berikut: ${\displaystyle \delta W=-p\,\mathrm {d} V}$ (mengabaikan kerja elektrik dan kerja non-PV lainnya):

${\displaystyle \mathrm {d} U=T\,\mathrm {d} S-p\,\mathrm {d} V.}$

Dengan menggunakan kaidah darab pada d(TS) = T dS + S dT, diperoleh

${\displaystyle \mathrm {d} U=\mathrm {d} (TS)-S\,\mathrm {d} T-p\,\mathrm {d} V,}$

dan

${\displaystyle \mathrm {d} (U-TS)=-S\,\mathrm {d} T-p\,\mathrm {d} V.}$

Dengan menggunakan definisi A = U − TS, rumusnya dapat ditulis menjadi

${\displaystyle \mathrm {d} A=-S\,\mathrm {d} T-p\,\mathrm {d} V.}$