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

$F=E-TS$

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

$dF=\mu dN-pdV-SdT$

kde $\mu$ je chemický potenciál, $N$ je počet častíc v systéme, $p$ je tlak a $V$ je objem.

Práca pri izotermickom deji

Ak fixujeme počet častíc a teplotu systému, potom totálny diferenciál voľnej energie má tvar

$dF=-pdV$

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

$dF<\mu dN-pdV-SdT$

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

$dF<0$

Fyzikálny portál