Helmholtzi vabaenergia
Helmholtzi vabaenergia ehk Helmholtzi energia on Hermann von Helmholtzi järgi nimetatud termodünaamiline olekufunktsioon, mis olekuparameetrite temperatuuri T {\displaystyle T} , ruumala V {\displaystyle V} ja termodünaamilises süsteemis sisalduva ainehulga n i {\displaystyle n_{i}} funktsioonina määrab täielikult süsteemi termodünaamilised omadused. Neid olekuparameetreid kui sõltumatuid muutujaid nimetatakse ka vaba energia loomulikeks muutujateks (ingl natural variables). Entroopia S {\displaystyle S} , rõhk p {\displaystyle p} ja keemiline potentsiaal μ i {\displaystyle \mu _{i}} avalduvad sel juhul Helmholtzi energia F ( T , V , n i ) {\displaystyle F(T,V,n_{i})} osatuletistena S = ∂ F / ∂ T , p = ∂ F / ∂ V , μ i = ∂ F / ∂ n i {\displaystyle S=\partial F/\partial T,\;p=\partial F/\partial V,\;\mu _{i}=\partial F/\partial n_{i}} . Helmholtzi vaba energia on võrdne süsteemi siseenergiaga U {\displaystyle U} , millest on lahutatud süsteemi absoluutse temperatuuri T {\displaystyle T} ja entroopia S {\displaystyle S} korrutis: F = U − T S {\displaystyle F=U-T\,S} . Molaarne vaba energia (ühik J/mol) on vaba energia ainehulga n i {\displaystyle n_{i}} kohta: F m = F n i {\displaystyle F_{m}={\frac {F}{n_{i}}}} . Vaba erienergia (ühik J/kg) on vaba energia massi m {\displaystyle m} kohta f = F m {\displaystyle f={\frac {F}{m}}} . Süsteemis, mille temperatuur ja maht püsib muutumatuna, kulgevad pöördumatud protsessisd Helmholtzi energia vähenemise suunas, kusjuures termodünaamilise tasakaalu olukorras on vaba energia väärtus väikseim. Isotermilises protsessis on Helmholtzi energia muutus avaldatav kujul F 1 − F 2 ≥ A , {\displaystyle F_{1}-F_{2}\geq A,} kus F 1 {\displaystyle F_{1}} ja F 2 {\displaystyle F_{2}} on vastavalt vaba energia alg- ja lõppväärtus ja A {\displaystyle A} on süsteemi töö; võrdus kehtib pöörduva protsessi ja võrratus pöördumatu protsessi korral. Kui kasutatakse terminit vabaenergia või vaba energia ilma nimelise täpsustuseta, siis mõeldakse üldiselt Helmholtzi vabaenergiat.