亥姆霍兹自由能

亥姆霍兹自由能（在物理学中也常直接简称为自由能），是一个重要的热力学参数，常用F表示（或A），它的定义是：

F = U − T S {\displaystyle F=U-TS\,}

其中U是系统的内能，T是温度，S是熵。

自由能的微分形式是：

d F = − S d T − P d V + μ d N {\displaystyle dF=-SdT-PdV+\mu dN\,}

其中P是压强，V是体积，μ是化学势。

自由能可以被理解成是系统内能的一部分，这部分在可逆等温过程中被转化成功。在粒子数不变的等温过程中，系统对外界所做的功一定只能小于或者等于其自由能的减少，也就是说，系统自由能的减少就是等温过程中系统对外界所做的最大功。这就是最大功定理。数学表示是：

F A − F B ≥ − W {\displaystyle F_{A}-F_{B}\geq -W}

如果是等温等容过程，W=0，上式化为：

F A − F B ≥ 0 {\displaystyle F_{A}-F_{B}\geq 0}

也就是说，在等温等容过程中，系统的自...