亥姆霍茲自由能英文解釋翻譯、亥姆霍茲自由能的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【化】 work function

分詞翻譯：

姆的英語翻譯：

【醫】 mho

霍的英語翻譯：

quickly; suddenly

茲的英語翻譯：

at present; now; this

自由能的英語翻譯：

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

專業解析

亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy）是熱力學中的重要概念，定義為系統内能（$U$）減去溫度（$T$）與熵（$S$）的乘積，其數學表達式為： $$ F = U - TS $$ 它描述封閉系統在恒溫恒容條件下可對外做的最大非體積功，是判斷自發過程方向的判據。當系統達到平衡态時，亥姆霍茲自由能達到極小值。

該理論由德國物理學家赫爾曼·馮·亥姆霍茲于1882年提出，最初用于研究電解質溶液中離子的相互作用（《物理學史》，劍橋大學出版社）。在工程領域，亥姆霍茲自由能廣泛應用于相變分析、電池系統設計（如锂離子電池開路電壓計算）和材料穩定性預測（《化學工程熱力學》，麻省理工學院公開課資料）。

實驗測量中，研究者常通過量熱法測定系統的内能變化，結合溫度傳感器和熵變計算确定自由能數值（美國國家标準技術研究院熱力學數據庫）。其微分形式$dF = -SdT - PdV$揭示了系統在溫度、體積變化時的能量轉換關系，為熱機效率優化提供理論依據。

網絡擴展解釋

亥姆霍茲自由能是熱力學中的一個重要概念，用于描述系統在特定條件下的能量轉化能力。以下是綜合多個權威來源的詳細解釋：

1.定義與公式

亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy）常用符號 ( F ) 或 ( A ) 表示，其定義為： $$ F = U - TS $$ 其中：

( U ) 是系統的内能；
( T ) 是溫度；
( S ) 是熵。

2.物理意義

它表示在等溫等容條件下，系統内能中可轉化為對外做功的部分。例如，在可逆等溫過程中，系統自由能的減少等于對外輸出的最大功。

3.微分形式與判據

亥姆霍茲自由能的微分形式為： $$ dF = -SdT - PdV + mu dN $$ 其中 ( P ) 是壓強，( V ) 是體積，( mu ) 是化學勢。
根據熱力學判據，在溫度、體積和粒子數不變時，系統會自發向亥姆霍茲自由能減小的方向變化，平衡态時 ( F ) 達到極小值。

4.與吉布斯自由能的區别

適用條件：亥姆霍茲自由能適用于等溫等容過程，而吉布斯自由能（( G = F + PV )）適用于等溫等壓過程。
物理意義：吉布斯自由能更常用于開放系統（如化學反應），而亥姆霍茲自由能多用于封閉系統的功轉化分析。

5.統計物理關聯

在統計力學中，亥姆霍茲自由能與系統的配分函數 ( Z ) 直接相關： $$ F = -Nk_B T ln Z $$ 其中 ( k_B ) 是玻爾茲曼常數，( N ) 是粒子數。

亥姆霍茲自由能是分析等溫等容系統能量轉化的核心參數，其極小值對應平衡态。實際應用中需注意與吉布斯自由能的區别，尤其在涉及體積變化或壓力恒定的場景。