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3.4.1 ヘルムホルツの自由エネルギーの定義

準静等温過程では、前後の状態で決まる最大の仕事を取り出すことができる（2.3.2節 $^{\text{p.\pageref{sec-IsothermalProcess}}}$ ）。前後の状態で決まるため、ある状態量の差が仕事となると考えられる。状態Aから状態Bで仕事$W_{AB可}$ [J]をやり取りする過程において、この状態量をヘルムホルツ(Helmholtz)の自由エネルギー$F$ [J]として以下のように定義する。

$$F_A - F_B = - W_{AB可}$$ (3.1)

仕事を取り出す場合には、$W_{AB可}$ [J]の値は負となるので右辺が正となり、状態Aの自由エネルギーが状態Bの自由エネルギーよりも高い。ヘルムホルツの自由エネルギーは、その状態で潜在的に持っている等温過程において取り出せる仕事の最大量を表している。ヘルムホルツの自由エネルギーの差が、等温過程において取り出すことができる仕事の最大量となる。

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