✨ ベストアンサー ✨
高校の範囲を越える発展的内容ですが、
よく頑張って学習されていますね！
ヘルムホルツエネルギーは自由エネルギーというものの一種です。定温・定積条件について考える時、ヘルムホルツエネルギーが登場します。
他にギブスエネルギーという自由エネルギーもあるので、興味があったらその違いなんかも調べてみてください。
F=U-TS
F ヘルムホルツエネルギー
U 内部エネルギー
T 温度 (℃ではなく、K)
S エンタルピー
を指しています。
さらに前提条件として、
熱力学第一法則
熱力学第二法則
を知っておく必要があります。
おそらく、第一法則は高校でやったかな…？
dU=d'Q+d’Wというやつです。
第二法則が難しいですね。
｢孤立系のエントロピー変化は増大する｣
というものです。d'Q≦TdS
エントロピーは断熱下における不可逆性を示す指標
(「乱雑さ」を表すというイメージでOKだと思います)
F=U-TS
両辺を物質量Nで微分します。
(この場合は文字が複数ある中で1つの文字について微分する＝偏微分となります)
dF=dU-(SdT+TdS)
等温条件なので温度変化dT=0より、
dF=dU-TdS
次に、熱力学第一法則より、dU=d'Q+d'W
ただし、定積条件なので仕事W=0
つまりdU=d'Qとなり、
dF=d'Q-TdS
となります。
熱力学第二法則よりd′Q ≤ TdSであるため、
dF≦0が示されました。
ヘルムホルツエネルギーが分かると反応がどちら向きに進むのかなどが分かる指標です。
長くなってしまいました。
細かい言葉など分からなかったかもしれませんが、大学に入ってから理工系ならばきっとやる内容ですので、もし興味を持ったら調べてみてください。
それでは引き続き、勉強頑張ってください(^^)
うわぁぁぁぁん！！ご丁寧な説明、ありがとうございます。
丁度ギブスエネルギーとヘルムホルツエネルギーを触っている段階でして…難しくて普通に混乱していました(笑
そうなんです！第2法則が難しくて…「乱雑さ」のイメージで行こうと思います。ご丁寧にご説明ありがとうございます！！大変助かりました…！