質問: 自由エネルギー ギブスの自由エネルギーとヘルムホルツの自由エネルギーについて質問します。 f=u-ts,g=u+pv-ts≡h-tsですが、 自由エネルギーを用いる際、fとgで何が違うのでしょうか?何となく、gは相平衡などの多相系、多種粒子系 を扱うときに用いることは分かるのですけど、fでは なぜだめなのでしょうか?また、自由エネルギー最小 (減少)とは、エントロピー最大(増大)に対応すると思いますが、なぜエントロピーではなく自由エネルギー を用いるのでしょうか?
回答: ギブスの自由エネルギーはエンタルピーに対応し、pv仕事を考慮しています。等圧変化のときに使います。 ヘルムホルツの自由エネルギーは内部エネルギーに対応し、pv仕事を考慮していません。等積変化のときに使います。 >なぜエントロピーではなく自由エネルギー 仕事として取り出せるエネルギーを計算するときに使うのでそもそもエントロピーでなくエネルギーを計算したいのです。そのうえでなぜただの内部エネルギーでいけないかですが、 内部エネルギー(やエンタルピー)は外部に取り出せる仕事を計算するのに便利ですが、持っている内部エネルギーを全て仕事として取り出すのは原理的に不可能です。 ではどれだけ取り出せるのかというと、内部エネルギーからtsだけ引いたものです。これを自由エネルギーと名づけたのです。