热力学自由能

系统属性注意：共轭变量以斜体显示

材料特性

• 属性数据库

可压缩性 β = − {\displaystyle \beta =-}
热膨胀 α = {\displaystyle \alpha =}

方程式

• 卡诺定理
• 克劳修斯定理
• 基本关系
• 理想气体定律

• 麦克斯韦关系
• Onsager 互惠关系
• 布里奇曼方程
• 热力学方程表

热力学自由能是一个在工程和科学中化学或热过程的热力学中有用的概念。 自由能的变化是热力学系统在恒温过程中所能做的xxx功，其符号表示该过程在热力学上是有利的还是禁止的。 由于自由能通常包含势能，因此它不是xxx的，而是取决于零点的选择。 因此，只有相对自由能值或自由能的变化才具有物理意义。

自由能与内能、焓和熵一样，是一种热力学状态函数。

自由能是任何xxx定律能量中可用于在恒温下进行热力学功的部分，即由热能介导的功。 在这样的工作过程中，自由能会受到不可逆转的损失。 由于xxx定律能量总是守恒的，显然自由能是一种消耗性的第二定律能量。 可以根据系统标准制定几个自由能函数。 自由能函数是内能的勒让德变换。

吉布斯自由能由 G = H − TS 给出，其中 H 是焓，T 是xxx温度，S 是熵。 H = U + pV，其中 U 是内能，p 是压力，V 是体积。 G 对于涉及恒定压力 p 和温度 T 的系统的过程最有用，因为除了包含仅由于热量引起的任何熵变化之外，G 的变化还排除了为产生的额外分子腾出空间所需的 p>dV 功 通过各种过程。 因此，在恒定温度和压力下，吉布斯自由能变化等于与系统膨胀或压缩无关的功。 （因此它适用于溶液相化学家，包括生物化学家。）

相比之下，历史上更早的亥姆霍兹自由能定义为 A = U − TS。 它的变化等于在恒定 T 下对系统所做的或可从中获得的可逆功的量。因此，它的名称工作内容，以及来自 Arbeit 的名称 A，Arbeit 是工作的德语单词。 由于它没有涉及做功的任何量（例如 p 和 V），亥姆霍兹函数是完全通用的：它的减少是系统在恒定温度下可以完成的xxx工作量，并且它可以增加 大部分取决于在等温系统上完成的工作量。

亥姆霍兹自由能具有特殊的理论重要性，因为它与统计力学中正则系综的配分函数的对数成正比。 （因此它适用于物理学家；以及气相化学家和工程师，他们不想忽视 p>dV 的工作。）

从历史上看，术语“自由能”已用于任何数量。 在物理学中，自由能通常是指亥姆霍兹自由能，用 A（或 F）表示，而在化学中，自由能通常是指吉布斯自由能。 两种自由能的值通常非常相似，并且预期的自由能函数通常隐含在手稿和演示文稿中。

能量的基本定义是衡量一个物体（在热力学中，系统）的能力。