Helmholtz 자유 에너지 (또는 Helmholtz Energy)는 열역학의 열역학적 전위로, 고정 온도 (등온)에서 폐쇄 열역학적 시스템에 의해 생성 된 유용한 작업을 추정합니다. 시스템이 일정한 온도로 열역학에서 수행 할 수있는 최대 작업. 그러한 공정 동안 Helmholtz 에너지의 변화와 동일합니다.
깁스의 자유 에너지는 비 PV 작업을 수행하기 위해 일정한 압력과 온도에서 열역학적으로 폐쇄 된 시스템에서 이용 가능한 에너지의 양입니다.
일정한 부피와 온도에서 Helmholtz 자유 에너지는 열역학적으로 폐쇄 된 시스템에서 추출 할 수있는 최대 "유용한"(비 PV) 작업입니다.
학부 수준에서 이러한 정의를 증명하는 파생물은 아래에 나열되어 있습니다. f.
일정한 압력에서 발생하는 응용 분야에 편리 할 때, Gibbs 자유 에너지 또는 자유 엔탈피는 일반적으로 열역학적 잠재적 잠재력 (특히 화학)의 척도로 사용됩니다. Helmholtz 자유 에너지는 폭발물 연구에서 자주 사용됩니다.
우리는 기계 시스템에 의해 수행 된 작업이 기계 에너지의 감소와 동일하다는 것을 고전적인 역학에서 알고 있습니다. DW가 완성 된 작업을 나타내면
dw =-de (1).
열역학적 시스템의 결과를 조사하는 것은 흥미 롭습니다. 우리는 가역적, 등온 적 접근법을 사용하여 솔루션을 파악할 것입니다. 우리는 열역학의 첫 번째 법칙이 열역학적 공정에 대한 풍부한 정보를 제공 할 수 있음을 알고 있습니다. 결과적으로, 우리는이 법으로 시작합니다 :
dq =du+dw .. (2).
시스템에 흡수 된 열은 dq로 표시됩니다.
순수한 물질의 모든 추가 열역학적 매개 변수는 Helmholtz 자유 에너지 기능 (부분 유도체와 함께)을 사용하여 결정될 수 있습니다. 예를 들어, IAPWS-95 문서에서 물에 대한 IAPWS의 상태 방정식을 참조하십시오.
열역학에서 자유 에너지는 열역학적 평형에있는 시스템의 에너지와 같은 특징 또는 상태 기능입니다. 자유 에너지에는 에너지 차원이 있으며 그 가치는 과거보다는 시스템의 현재 상태에 의해 결정됩니다. 시스템의 자유 에너지의 양은 변화 방법과 수행 할 수있는 작업량을 결정합니다. 작업 함수라고도 알려진 Helmholtz 프리 에너지 F는이를 나타내는 다른 두 가지 방법입니다. u가 시스템의 내부 에너지 인 경우 PV는 압력 볼륨 제품이고 TS는 온도-입력 제품 (절대 0 이상의 온도)입니다. F =U TS 및 G =U + PV TS는 사용하는 방정식입니다.
왜 우리는 그것을 사용합니까?
깁스 자유 에너지는 화학의 열역학적 전위를 계산하기 위해 널리 사용되지만 일정한 압력에서 발생하지 않는 응용 분야에는 문제가 있습니다. 예를 들어 폭발물을 다룰 때. 폭발 반응은 본질적으로 압력 변화를 일으키기 때문에 Helmholtz 자유 에너지가 사용됩니다. 또한 순수한 물질 방정식을 표현하는 데 사용됩니다.
Helmholtz 자유 에너지 방정식
f =u - ts
여기서
u =내부 에너지
t =온도
s =엔트로피
Hermann von Helmholtz 이후 제목이라는 선형 부분 미분 방정식은 Helmholtz 방정식으로 알려져 있습니다. Helmholtz 방정식은 분리 변수를 가진 좌표 시스템에서만 계산할 수있는 고유 값 문제입니다.
이 방정식은 광학에 유용합니다. 전자기파 (빛)의 전파 전파를 포물선 이파 또는 가우스 빔으로 설명하는 솔루션을 제공하기 때문입니다.
더 강력한 버전에서 Helmholtz 원리는 무작위성과의 상당한 발산이있는 곳이라면 구조가 관찰된다고 주장합니다. “우리는 무작위로 일어날 수없는 일을 빨리 인식합니다.”그것은 상식적인 주장으로 주장합니다.
helmholtz 방정식 응용 프로그램
helmholtz 방정식에는 몇 가지 응용 프로그램이 있습니다 :
지진학은 지진과 그들이 생산하는 탄성파에 대한 과학적 연구입니다. 지진 원으로 인한 환경 적 요인과 화산 폭발로 인한 쓰나미는 지진학의 두 연구 영역입니다.
지진파는 세 가지 범주로 분류 될 수 있습니다.
pwaves는 기본파 인 신체에서
2 차 또는 전단파는 swaves입니다.
정상파 및 표면파
Helmholtz 방정식은 특정 조건에서 3 차원에서 파동 방정식에서 파생됩니다. 공간 및 시간 변수를 분리하는 솔루션을 찾으려고 할 때 공간 부품에 대한 고전적인 Helmholtz 양식을 얻습니다. 이 형태는 일반적인 접근 방식을 사용하여 해결할 수 있습니다.
정전기 :Laplace 방정식은이 방정식 정전기의 특정 사례입니다. Laplace 방정식은 방정식의 오른쪽이 0과 같은 방정식입니다. 예를 들어 순 전하로 전기장을 모델링하십시오. 물리학자는 실제 경계 조건을 사용하여 절차 중에 변수를 분리하여 방정식을 해결합니다.
결론
Helmholtz 방정식은 다양한 물리 영역에서 찾을 수있는 유용한 방정식입니다. 솔루션은 다양한 분야에서 사용할 수 있습니다. 파도 연구에서 매우 중요한 도구입니다. 더 높은 수준에서 답의 기본 공통점은 자연의 대칭에 대한 우리의 이해에 도움이됩니다.
