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Energia libera di Helmholtz

funzione di stato termodinamica

L'energia libera di Helmholtz è una funzione di stato utilizzata in termodinamica per rappresentare l'energia libera in una trasformazione isotermocora (a temperatura e volume costante).

Indice

DefinizioneModifica

L'energia libera di Helmholtz   (secondo la IUPAC,[1] denominata invece   secondo altre convenzioni) è definita come l'opposto della trasformata di Legendre dell'energia interna U rispetto all'entropia  .

 .

dove T è la temperatura. Quest'ultima equivalenza segue dalla definizione di entropia. L'energia libera di Helmholtz risulta pertanto una grandezza termodinamica estensiva.

Applicazione alle isotermocoreModifica

La disuguaglianza di Clausius impone che:

 

dove   è la quantità di calore del sistema, mentre dS la variazione di entropia, e con T è indicata la temperatura.

Nel caso in cui la sola forma di lavoro sia quella di pressione-volume (espansione o compressione), si ha che il calore diventa il differenziale esatto  , e quindi la disuguaglianza può anche essere così riscritta:

 

La relazione si semplifica introducendo l'energia libera di Helmholtz:

 

Questa relazione indica che nelle trasformazioni isotermocore l'energia libera di Helmholtz diminuisce per un processo spontaneo (differenziale negativo) mentre è ad un valore minimo (differenziale nullo) per un processo reversibile, cioè in condizioni di equilibrio.

Relazione con la funzione di partizioneModifica

L'energia libera di Helmholtz, così come le altre variabili termodinamiche, sono correlate alla funzione di partizione canonica:

 

dove

NoteModifica

BibliografiaModifica

  • Paolo Silvestroni, Fondamenti di chimica, 10ª ed., CEA, 1996, ISBN 88-408-0998-8.
  • K. Denbigh, I Principii dell'Equilibrio Chimico, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 1977
  • Peter Atkins, Julio De Paula, Chimica Fisica, 4ª ed., Bologna, Zanichelli, settembre 2004, ISBN 88-08-09649-1.

Voci correlateModifica

Controllo di autoritàGND (DE4155282-9