Гельмгольц энергия: термодинамический потенциал и применение
Helmholtz free energy
Гельмгольца энергия: термодинамический потенциал для расчёта полезной работы при постоянной температуре. Применение в химии и исследованиях взрывчатых веществ.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Термодинамический потенциал
Thermodynamic potential
В термодинамике свободная энергия Гельмгольца (или энергия Гельмгольца) – это термодинамический потенциал, измеряющий полезную работу, которую можно получить от замкнутой термодинамической системы при постоянной температуре (изотермической). Изменение свободной энергии Гельмгольца в ходе процесса равно максимальному объему работы, которую система может совершить в термодинамическом процессе при поддержании постоянной температуры. При постоянной температуре свободная энергия Гельмгольца достигает минимума в состоянии равновесия. В отличие от неё, свободная энергия Гиббса или свободная энтальпия чаще используется в качестве меры термодинамического потенциала (особенно в химии), когда это целесообразно для приложений, протекающих при постоянном давлении. Например, в исследованиях взрывчатых веществ часто применяется свободная энергия Гельмгольца, поскольку взрывчатые реакции по своей природе приводят к изменению давления. Она также часто используется для определения фундаментальных уравнений состояния чистых веществ. Концепция свободной энергии была разработана Германом фон Гельмгольцем, немецким физиком, и впервые представлена в 1882 году в лекции под названием «О термодинамике химических процессов». От немецкого слова Arbeit (работа) Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) рекомендует символ A и название энергия Гельмгольца. В физике символ F также используется для обозначения свободной энергии или функции Гельмгольца.
In thermodynamics, the Helmholtz free energy (or Helmholtz energy) is a thermodynamic potential that measures the useful work obtainable from a closed thermodynamic system at a constant temperature (isothermal). The change in the Helmholtz energy during a process is equal to the maximum amount of work that the system can perform in a thermodynamic process in which temperature is held constant. At constant temperature, the Helmholtz free energy is minimized at equilibrium. In contrast, the Gibbs free energy or free enthalpy is most commonly used as a measure of thermodynamic potential (especially in chemistry) when it is convenient for applications that occur at constant pressure. For example, in explosives research Helmholtz free energy is often used, since explosive reactions by their nature induce pressure changes. It is also frequently used to define fundamental equations of state of pure substances. The concept of free energy was developed by Hermann von Helmholtz, a German physicist, and first presented in 1882 in a lecture called "On the thermodynamics of chemical processes". From the German word Arbeit (work), the International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) recommends the symbol A and the name Helmholtz energy. In physics, the symbol F is also used in reference to free energy or Helmholtz function.
Применение к фундаментальным уравнениям состояния
Функция свободной энергии Гельмгольца для чистого вещества (вместе с её частными производными) может быть использована для определения всех остальных термодинамических свойств этого вещества. См., например, уравнения состояния воды, представленные IAPWS в их публикации IAPWS 95.
The Helmholtz free energy function for a pure substance (together with its partial derivatives) can be used to determine all other thermodynamic properties for the substance. See, for example, the equations of state for water, as given by the IAPWS in their IAPWS 95 release.
Применение к обучающим автокодерам
Хинтон и Земэль "выводят целевую функцию для обучения автокодировщика, основанную на принципе минимальной длины описания (MDL)". "Длина описания входного вектора с использованием определенного кода равна сумме стоимости кодирования и стоимости реконструкции. Они определяют это как энергию кода. Для заданного входного вектора они определяют энергию кода как сумму стоимости кодирования и стоимости реконструкции". Истинная ожидаемая общая стоимость
Hinton and Zemel "derive an objective function for training auto encoder based on the minimum description length (MDL) principle". "The description length of an input vector using a particular code is the sum of the code cost and reconstruction cost. They define this to be the energy of the code. Given an input vector, they define the energy of a code to be the sum of the code cost and the reconstruction cost." The true expected combined cost is
"имеет точно такую же форму, как свободная энергия Гельмгольца".
"which has exactly the form of Helmholtz free energy".