/ヘルムホルツの自由エネルギーとは2018.06.08ヘルムホルツの自由エネルギーとはTweet重要なお知らせお使いのブラウザのJavascriptは無効になっています。当ホームページでは、数式の表示にJavascriptを使用しています。そのため、Javascriptを有効にしていない場合、数式が正しく表示されません。[mathjax]ヘルムホルツの自由エネルギーとは、等温変化において、内部エネルギー\(U\)の中で仕事として取り出せるエネルギーのことである。$$F≡U-TS$$この記事では、ヘルムホルツの自由エネルギーが何を表しているのか、そして内部エネルギーとの関係式を考える。自由エネルギーとは自由エネルギーとは、系の変化において、内部エネルギー\(U\)のうち、仕事としてつかえるようなエネルギーのことである。この自由エネルギーは2種類存在し、一つはヘルムホルツの自由エネルギー\(F\)、もう一つはギブスの自由エネルギー\(G\)である。ギブスの自由エネルギーは、等圧環境下において仕事として取り出せる内部エネルギーを表すため、相転移を考えるときに使われる。この理由や相転移について、詳しくは下の記事を参照してください。参考:ギブスの自由エネルギーと相転移の向きヘルムホルツの自由エネルギーとは冒頭に書いた通りだが、ヘルムホルツの自由エネルギー\(F\)は、等温環境下において仕事として取り出せる内部エネルギーの量のことである。$$F≡U-TS$$ヘルムホルツの自由エネルギーの微小量\(dF\)は、内部エネルギーの微小量$$dU=TdS-pdV$$を使うと、次のようになることがわかる。\end{eqnarray}「等温過程において」が想像できない「等温過程において内部エネルギーと等しい量」と初めて聞くと、\(F\)がどういうものか想像しにくいかもしれない。似たような考え方は既に一度はしたことがあるはずだ。熱力学第一法則より、「断熱過程において系がされる仕事\(d’W\)と内部エネルギー変化\(dU\)が等しい(\(dU=d’W\))」ことは、前の記事で示した。エンタルピーは、「定圧過程で熱量と等しい量」であった。このような考えで得られた物理量は\(F\)が初めてではないため、何も難しく考えることはない。内部エネルギー\(U\)とヘルムホルツの自由エネルギー\(F\)の間には、次のような有名な関係が成り立つ。\end{eqnarray}ちなみにこの関係式は、統計力学で、分配関数とヘルムホルツの自由エネルギーの関係式を求めるときに使われる。スポンサーリンクまとめ・ヘルムホルツの自由エネルギーとは、等温環境下において仕事として取り出せる内部エネルギーの量のことである。温度\(T\)が一定のときに圧力\(p\)と体積\(V\)が反比例することをボイルの法則、圧力\(p\)が一定のときに体積\(V\)は温度\...記事を読むエントロピーの定義とはエントロピー\(S\)とは、系の乱雑さ・不規則性を表す指標である。経験事実より、次の原理が提唱された。系の内部エネルギーの変化\(ΔU\)は、外部から系に入ってくる熱の総計\(Q\)と外部から系に加えられる仕事の総量\(W\)の和となる。潜熱とは、相Aから相Bに相転移するときに、系に出入りする熱のことである。この記事では、なぜ相転移に潜熱がつきものなのかを考える。いった変化がゆっくり行われることで、常に平衡状態を保ちながら変化するような過程のことである。エンタルピー\(H\)とは、次のように定義される状態量のことである。エンタルピ...記事を読む熱力学SNSでもご購読できます。*メールアドレス(公開はされません。*次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。上に表示された文字を入力してください。