Հելմհոլցի ազատ էներգիա

Հելմհոլցի ազատ էներգիա, թերմոդինամիկական պոտենցիալ, որի նվազումը քվազիստատիկ իզոթերմ պրոցեսում հավասար է համակարգի կողմից արտաքին ուժերի վրա կատարված աշխատանքին։

Սահմանում 
Հելմհոլցի ազատ էներգիան հաստատուն թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար սահմանվում է որպես

, 
որտեղ -ն ներքին էներգիան է, -ն՝ բացարձակ ջերմաստիճանը, -ը՝ էնտրոպիան։

Այստեղից ազատ էներգիայի դիֆերենցիալը հավասար է

 ։

Այս արտահայտությունը լրիվ դիֆերենցիալ է  և  անկախ փոփոխականների նկատմամբ։ Այդ պատճառով հաճախ Հելմհոլցի ազատ էներգիան հավասարակշիռ վիճակի համար արտահայտում են որպես 
 
ֆունկցիա։

Փոփոխական թվով մասնիկներից կազմված համակարգի համար Հելմհոլցի ազատ էներգիայի դիֆերենցիալը գրվում է որպես

,
որտեղ  -ն քիմիական պոտենցիալն է, իսկ -ը՝ մասնիկների թիվը համակարգում։ Ընդ որում Հելմհոլից ազատ էներգիան հավասարակշիռ վիճակի համար գրվում է որպես   ֆունկցիա։

Տեսական և կիրառական քիմիայի միջազգային միության հանձնարարականով Հելմհոլցի էներգիան  քիմիական թերմոդինամիկայում կարելի է նաև նշանակել որպես  A։

Հելհոլցի ազատ էներգիան և թերմոդինամիկական հավասարակշռության կայունությունը 
Ֆիքսված ջերմաստիճանով և ծավալով համակարգում կայուն հավասարակշռության վիճակը համապատասխանում է Հելմհոլցի ազատ էներգիայի մինիմումի կետին։ Այլ կերպ ասած, այդպիսի համակարգում այդ կետում հնարավոր չեն մակրոսկոպիկ պարամետրերի փոփոխություններ։

Հելմհոլցի ազատ էներգիան և առավելագույն աշխատանքը 
Հելմհոլցի ազատ էներգիան իր անվանումը ստացել է նրանից, որ թերմոդինամիկական համակարգի կողմից արտաքին ուժերի վրա կատարած աշխատանքի չափն է։

Դիցուք համակարգը  վիճակից անցնում է  վիճակ։ Քանի որ աշխատանքը համակարգի վիճակի ֆունկցիա չէ, համակարգի կողմից այդ պրոցեսում կատարված աշխատանքը կախված կլինի այդ անցման ճանապարհից։ Կարելի է ցույց տալ, որ այս դեպքում համակարգի կատարած առավելագույն աշխատանքը հավասար է Հելմհոլցի ազատ էներգիայի նվազմանը․

։
f ինդեքսը նշանակում է, որ դիտարկվող մեծությունը համակարգւ լրիվ աշխատանքն է տվյալ պրոցեսում։

Հելմհոլցի և Գիբսի ազատ էներգիաներ 
Երբեմն ազատ էներգիա են անվանում ոչ թե Հելմհոլցի էներգիան, այլ՝ Գիբսի էներգիան։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ Գիբսի էներգիան նույնպես առավելագույն աշխատանքի չափն է, սակայն այս դեպքում դիտարկվում է միայն արտաքին մարմինների վրա կատարած աշխատանքը՝ բացառելով միջավայրը․

, 
որտեղ -ն Գիբսի էներգիան է։

Տես նաև 
 Թերմոդինամիկական պոտենցիալներ
 Գիբսի էներգիա
 Թերմոդինամիկական աշխատանք

Ծանոթագրություններ

Գրականություն 
 Базаров И. П. Термодинамика. М.: Высшая школа, 1991. 376 с.
  Квасников. И. А. Термодинамика и статистическая физика. Теория равновесных систем, том. 1. М.: Изд-во МГУ, 1991. (2-е изд., испр. и доп. М.: УРСС, 2002. 240 с.)
 Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.
 Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Статистическая физика. Часть 1. — Издание 3-е, дополненное. — М.: Наука, 1976. — 584 с. — («Теоретическая физика», том V).

Թերմոդինամիկական պոտենցիալներ
Էներգիա
Ֆիզիկայի հասկացություններ