亥姆霍兹自由能英文解释翻译、亥姆霍兹自由能的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【化】 work function

分词翻译：

姆的英语翻译：

【医】 mho

霍的英语翻译：

quickly; suddenly

兹的英语翻译：

at present; now; this

自由能的英语翻译：

【计】 free energy
【化】 free energy; work function

专业解析

亥姆霍兹自由能（Helmholtz free energy）是热力学中的重要概念，定义为系统内能（$U$）减去温度（$T$）与熵（$S$）的乘积，其数学表达式为： $$ F = U - TS $$ 它描述封闭系统在恒温恒容条件下可对外做的最大非体积功，是判断自发过程方向的判据。当系统达到平衡态时，亥姆霍兹自由能达到极小值。

该理论由德国物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹于1882年提出，最初用于研究电解质溶液中离子的相互作用（《物理学史》，剑桥大学出版社）。在工程领域，亥姆霍兹自由能广泛应用于相变分析、电池系统设计（如锂离子电池开路电压计算）和材料稳定性预测（《化学工程热力学》，麻省理工学院公开课资料）。

实验测量中，研究者常通过量热法测定系统的内能变化，结合温度传感器和熵变计算确定自由能数值（美国国家标准技术研究院热力学数据库）。其微分形式$dF = -SdT - PdV$揭示了系统在温度、体积变化时的能量转换关系，为热机效率优化提供理论依据。

网络扩展解释

亥姆霍兹自由能是热力学中的一个重要概念，用于描述系统在特定条件下的能量转化能力。以下是综合多个权威来源的详细解释：

1.定义与公式

亥姆霍兹自由能（Helmholtz free energy）常用符号 ( F ) 或 ( A ) 表示，其定义为： $$ F = U - TS $$ 其中：

( U ) 是系统的内能；
( T ) 是温度；
( S ) 是熵。

2.物理意义

它表示在等温等容条件下，系统内能中可转化为对外做功的部分。例如，在可逆等温过程中，系统自由能的减少等于对外输出的最大功。

3.微分形式与判据

亥姆霍兹自由能的微分形式为： $$ dF = -SdT - PdV + mu dN $$ 其中 ( P ) 是压强，( V ) 是体积，( mu ) 是化学势。
根据热力学判据，在温度、体积和粒子数不变时，系统会自发向亥姆霍兹自由能减小的方向变化，平衡态时 ( F ) 达到极小值。

4.与吉布斯自由能的区别

适用条件：亥姆霍兹自由能适用于等温等容过程，而吉布斯自由能（( G = F + PV )）适用于等温等压过程。
物理意义：吉布斯自由能更常用于开放系统（如化学反应），而亥姆霍兹自由能多用于封闭系统的功转化分析。

5.统计物理关联

在统计力学中，亥姆霍兹自由能与系统的配分函数 ( Z ) 直接相关： $$ F = -Nk_B T ln Z $$ 其中 ( k_B ) 是玻尔兹曼常数，( N ) 是粒子数。

亥姆霍兹自由能是分析等温等容系统能量转化的核心参数，其极小值对应平衡态。实际应用中需注意与吉布斯自由能的区别，尤其在涉及体积变化或压力恒定的场景。