Fri energi, i termodynamikk, energilignende egenskap eller tilstandsfunksjon av et system i termodynamisk likevekt. Fri energi har dimensjonene av energi, og dens verdi bestemmes av systemets tilstand og ikke av dens historie. Fri energi brukes til å bestemme hvordan systemer endres og hvor mye arbeid de kan produsere. Den uttrykkes i To former: Helmholtz fri energi F, noen ganger kalt arbeidsfunksjonen, Og Gibbs fri energi G. Hvis U er den indre energien til et system, PV trykkvolumproduktet OG TS temperatur-entropiproduktet (T er temperaturen over absolutt null), SÅ F = U − TS OG G = U + PV-TS. Sistnevnte ligning kan også skrives I form G = H-TS, HVOR H = U + PV er entalpi. Fri energi er en omfattende egenskap, noe som betyr at størrelsen avhenger av mengden av et stoff i en gitt termodynamisk tilstand.
endringene i fri energi, Δ eller Δ, er nyttige for å bestemme retningen for spontan forandring og evaluere det maksimale arbeidet som kan oppnås fra termodynamiske prosesser som involverer kjemiske eller andre typer reaksjoner. I en reversibel prosess maksimal nyttig arbeid som kan være hentet fra et system med konstant temperatur og konstant volum er lik den (negative) endring i Helmholtz fri energi, −ΔF = −ΔU + TΔS, og den maksimale nyttig arbeid under konstant temperatur og konstant trykk (andre enn arbeid som er gjort mot atmosfæren) er lik den (negative) endring i Gibbs fri energi, −ΔG = −ΔH + TΔS. I hvert tilfelle representerer TΔ entropi-termen varmen som absorberes av systemet fra et varmereservoar ved temperatur T under forhold der systemet gjør maksimalt arbeid. Ved bevaring av energi inkluderer det totale arbeidet også reduksjonen I intern energi U eller entalpi H som tilfellet kan være. For eksempel kommer energien for det maksimale elektriske arbeidet som utføres av et batteri når det tømmes ut, både fra nedgangen i den indre energien på grunn av kjemiske reaksjoner og fra varmen den ABSORBERER FOR å holde temperaturen konstant, som er den ideelle maksimale varmen som kan absorberes. For et faktisk batteri vil det elektriske arbeidet være mindre enn det maksimale arbeidet, og den absorberte varmen vil være tilsvarende mindre ENN TΔ.
Endringer i fri energi kan brukes til å bedømme om tilstandsendringer kan oppstå spontant. Under konstant temperatur og volum vil transformasjonen skje spontant, enten sakte eller raskt, hvis Helmholtz fri energi er mindre i den endelige tilstanden enn i den opprinnelige tilstanden-det vil si hvis forskjellen Δ mellom den endelige tilstanden og den opprinnelige tilstanden er negativ. Under konstant temperatur og trykk vil transformasjonen av staten oppstå spontant dersom endringen I Gibbs fri energi, Δ, er negativ.Faseoverganger gir lærerike eksempler, som når is smelter for å danne vann ved 0,01 °C (T = 273,16 K), med faste og flytende faser i likevekt. DA ER Δ = 79.71 kalorier per gram den latente fusjonsvarmen , og PER definisjon Δ = Δ / T = 0.292 kalorier per gram∙entropiendringen. UMIDDELBART følger det AT Δ = ΔH-TΔ er null, noe som indikerer at de to fasene er i likevekt og at det ikke kan trekkes noe nyttig arbeid ut av faseovergangen(annet enn arbeid mot atmosfæren på grunn av endringer i trykk og volum). VIDERE er Δ negativ for T > 273.16 K, noe som indikerer at retningen for spontan forandring er fra is til vann, og Δ er positiv for T < 273.16 K, hvor omvendt reaksjon av frysing finner sted.