Helmholtz Free Energy

释义 Definition

Helmholtz 自由能（亥姆霍兹自由能）：热力学中的一个状态函数，常用符号 F 或 A，定义为
F = U − TS（内能 U 减去温度 T 与熵 S 的乘积）。
在恒温、恒容条件下，系统在可逆过程中能够对外做的最大有用功与 Helmholtz 自由能的减少有关。（该术语在物理、化学与统计力学中非常常见。）

发音 Pronunciation (IPA)

/ˈhɛlmhoʊlts friː ˈɛnərdʒi/

词源 Etymology

Helmholtz 来自德国物理学家 Hermann von Helmholtz（赫尔曼·冯·亥姆霍兹）的姓氏，用来纪念他在能量守恒与热学等领域的贡献；free energy（自由能）指在给定约束（如恒温恒容）下可用于做功的“可用能量”部分。该名称体现了“以 Helmholtz 的工作为背景发展出的自由能表述”。

例句 Examples

At constant temperature and volume, the Helmholtz free energy tends to decrease.
在恒温恒容条件下，亥姆霍兹自由能往往趋于降低。

Using statistical mechanics, we can derive the Helmholtz free energy from the partition function.
利用统计力学，我们可以从配分函数推导出亥姆霍兹自由能。

相关词 Related Words

• Thermodynamics
• Entropy
• Internal Energy
• Gibbs Free Energy
• Enthalpy
• Chemical Potential
• Partition Function
• Statistical Mechanics

文学与经典著作中的出现 Literary Works

• Thermodynamics and an Introduction to Thermostatistics（Herbert B. Callen）——在平衡态热力学框架中系统讨论自由能（含 Helmholtz 自由能）的物理意义与极值原理。
• Physical Chemistry（Peter Atkins 等）——以化学与相平衡为背景介绍自由能，常对比 Gibbs 与 Helmholtz 自由能的适用条件。
• Statistical Physics（Landau & Lifshitz）——在统计物理中用配分函数推导 Helmholtz 自由能，并用于描述平衡与涨落问题。
• An Introduction to Thermal Physics（Daniel V. Schroeder）——面向学习者，以直观方式讲解 F=U−TS 与“可做功”的联系。