Voľná energia

Voľná energia (F) je jeden z termodynamických potenciálov, má rozmer energie. Voľná energia vyjadruje množstvo práce, ktorú je ideálny plyn schopný vykonať izotermicky, teda bez zmeny vlastnej teploty.

Vzorec a odvodenie
Voľná energia sa dá vyjadriť vzorcom

kde  je energia systému,  je jeho teplota a  je entropia systému. Vzorec je v skutočnosti Legendrova transformácia energie systému. Totálny diferenciál voľnej energie má potom tvar

kde  je chemický potenciál,  je počet častíc v systéme,  je tlak a  je objem.

Práca pri izotermickom deji
Ak fixujeme počet častíc a teplotu systému, potom totálny diferenciál voľnej energie má tvar

a voľná energia vyjadruje prácu, ktorú je schopný ideálny plyn vykonať izotermicky

Voľná energia pri nevratnom deji
Pri nevratnom deji je totálny diferenciál menší ako ako pri vratnom deji alebo ako v stacionárnom stave, teda platí

lebo pri nevratnom deji narastá entropia systému viac ako energia systému. Ak pri takomto procese fixujeme počet častíc, objem a teplotu, tak platí

Termodynamika
Energia