انرژیهای آزاد و تبدیلهای لژاندر
انرژیهای آزاد پتانسیلهای ترمودینامیکی هستند که با تبدیل لژاندر انرژی درونی به دست میآیند و هر یک در تعادل تحت محدودیتهای طبیعی خود به حداقل میرسند.
Definition
انرژی آزاد یک پتانسیل ترمودینامیکی است که با تبدیل لژاندر انرژی درونی نسبت به یک یا چند متغیر گسترده (extensive variables) تشکیل میشود و تابعی از متغیرهای شدتی (intensive variables) مزدوج مربوطه را به دست میدهد که در تعادل تحت محدودیتهای متناظر به حداقل میرسد.
Scope
این موضوع به ساختار آنتالپی، انرژی آزاد هلمهولتز، انرژی آزاد گیبس و پتانسیل بزرگ به عنوان تبدیلهای لژاندر انرژی درونی، متغیرهای طبیعی آنها، اشکال دیفرانسیلی که جفتهای مزدوج آنها را تعریف میکنند، و اصول اکسترمم که حالتهای تعادل را انتخاب میکنند، میپردازد. تفسیر انرژی آزاد به عنوان کار در دسترس نیز گنجانده شده است.
Core questions
- چگونه یک تبدیل لژاندر یک متغیر گسترده را با متغیر شدتی مزدوج آن مبادله میکند؟
- چرا هر انرژی آزاد در تعادل برای متغیرهای طبیعی خود به حداقل میرسد؟
- چگونه انرژی آزاد حداکثر کار قابل استخراج را تحت محدودیتهای معین کمیسازی میکند؟
- متغیرهای طبیعی آنتالپی، هلمهولتز، گیبس و پتانسیل بزرگ کدامند؟
Key concepts
- تبدیل لژاندر و متغیرهای مزدوج
- آنتالپی و متغیرهای طبیعی
- انرژی آزاد هلمهولتز در دما و حجم ثابت
- انرژی آزاد گیبس در دما و فشار ثابت
- پتانسیل بزرگ و پتانسیل شیمیایی
Clinical relevance
انرژیهای آزاد خودانگیختگی و تعادل واکنشهای شیمیایی و تغییرات فاز را تعیین میکنند، حداکثر کار مفید قابل دستیابی از یک فرآیند را مشخص میسازند و از طریق تابع پارتیشن (partition function) پلی به مکانیک آماری فراهم میآورند.
History
مفهوم انرژی آزاد با کار هلمهولتز در سال ۱۸۸۲ در مورد انرژی در دسترس برای کار و فرمولبندی پیشین گیبس از تابعی که اکنون نام او را یدک میکشد، پدید آمد و پتانسیلهایی را که تحت محدودیتهای تجربی رایج به حداقل میرسند، بنیان نهاد.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Hermann von Helmholtz
Related topics
Seminal works
- callen1985
Frequently asked questions
- چرا به آن «انرژی آزاد» گفته میشود؟
- این اصطلاح به بخشی از انرژی یک سیستم اشاره دارد که تحت محدودیتهای معین، برای انجام کار مفید «آزاد» است، در مقابل بخشی که در عبارت آنتروپی محبوس شده و نمیتوان آن را به عنوان کار در دمای محدود استخراج کرد.