O que são energia livre de Helmholtz e energia livre de Gibbs?
As energias livres de Helmholtz e Gibbs são importantes funções termodinâmicas conhecidas como potenciais termodinâmicos.
A energia livre de Helmholtz é definida como,
#A = U - TS#
Onde, #U# é a energia interna, #T# é a temperatura absoluta e #S# é o entropia.
A definição acima pode ser obtida a partir da função interna de energia por meio de uma transformada de Legendre.
A energia livre de Helmholtz tem #(T,V)# como o par natural de variáveis.
Diferenciando a expressão para #A#,
#dA = dU - TdS - SdT#
Usando a forma matemática combinada das primeira e segunda leis da termodinâmica, #TdS = dU + pdV#,
#implies dA = -pdV - SdT#
Assim, #A=A(V,T)#
É por isso que a energia livre de Helmholtz é conhecida como potencial termodinâmico em volume constante.
Permanece constante durante qualquer alteração isotérmica-isocórica.
Para esse sistema, a energia livre de Helmholtz tende a minimizar à medida que o sistema tende ao equilíbrio.
Agora vindo para Energia livre de Gibbs, a expressão é
#G = U + pV - TS# onde símbolos têm seu significado usual.
A relação acima pode ser derivada da função energética interna por meio das transformações de Legendre para alterar variáveis.
Também pode ser convertido na forma
#G = H - TS# Onde, #H = U + pV# é oo entalpia.
Agora, diferenciando #G#,
#dG = dU + pdV + Vdp - SdT - TdS#
Novamente, usando a forma matemática combinada da primeira e da segunda lei da termodinâmica (para transformações reversíveis),
#dG = Vdp - SdT#
Assim, #G = G(T,p)#
A função Gibbs também é chamada de potencial termodinâmico a pressão constante.
Para uma transformação isotérmica-isobárica, #G# é constante.
Tal sistema tendendo ao equilíbrio requer #G# ser mínimo.
Também pode ser interessante mencionar que os aquecimentos específicos a volume e pressão constantes estão relacionados, respectivamente, a #A# e #G# Como -
#C_v = -T((del^2A)/(delT^2))_v#
E
#C_p = -T((del^2G)/(delT^2))_p#