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Helmholtz-EnergieZoomA-Z

Fachgebiet - Thermodynamik

Die Helmholtz-Energie A  ist eine thermodynamische Zustandsfunktion und die Differenz aus innerer Energie U und dem Produkt aus absoluter Temperatur T und Entropie S:

A=UTS

Die Helmholtz-Energie ist wie die Entropie ein Maß für die Irreversibilität (Spontanität) einer thermodynamischen Zustandsänderung:

1. HauptsatzdU=δQ+δW2. HauptsatzdSδQTdA=dUTdS=d(UTS)0δQ=Änderung der WärmeδW=δWvol=pdV=Änderung der Arbeitp=Druckmit dT=0 und dV=0

Bei (reversiblen) Änderungen um die Gleichgewichtslage ist die Helmholtz-Energie gleich null, bei irreversiblen (spontanen) Änderungen ist die Helmholtz-Energie kleiner als null.

Während bei irreversiblen Änderungen die Entropie geschlossener Systeme zunimmt (Entropiemaximum), nimmt die Helmholtz-Energie ab (Energieminimum).

Die Helmholtz-Energie gibt die maximale Arbeit an, die bei einer reversiblen Zustandsänderung geleistet wird:

ΔA=Wmax=Wmax,N+WvolWmax=maximale ArbeitWmax,N=maximale NutzarbeitWvol=Volumenarbeit

Die Größe der maximalen Arbeit ist daher ein Maß für die Triebkraft und Richtung einer isochoren, isothermen Zustandsänderung:

dA>0Änderung spontan in die entgegengesetzte RichtungdA=0GleichgewichtdA<0Änderung spontan in diese Richtung

Zum Beispiel verläuft eine Gasreaktion in einem Autoklaven mit kontantem Volumen spontan in die angegebene Richtung, wenn die Helmholtz-Energie der Reaktion negativ ist und der Gleichgewichtszustand noch nicht erreicht ist.

Siehe auch H. L. Helmholtz

Siehe auch: Entropie , Gibbs-Energie