じゆう‐エネルギー〔ジイウ‐〕【自由エネルギー】
自由エネルギー
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/04/03 15:46 UTC 版)
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自由エネルギー（じゆうエネルギー、英: free energy）とは、熱力学における状態量の1つであり、化学変化を含めた熱力学的系の等温過程において、系の最大仕事(潜在的な仕事能力)、自発的変化の方向、平衡条件などを表す指標となる[1][2]。 自由エネルギーは1882年にヘルマン・フォン・ヘルムホルツが提唱した熱力学上の概念で、呼称は彼の命名による。一方、等温等圧過程の自由エネルギーと化学ポテンシャルとの研究はウィラード・ギブズにより理論展開された。 等温等積過程の自由エネルギーはヘルムホルツの自由エネルギー（Helmholtz free energy）と呼ばれ、等温等圧過程の自由エネルギーはギブズの自由エネルギー（Gibbs free energy）と呼びわけられる。ヘルムホルツ自由エネルギーは F で表記され、ギブズ自由エネルギーは G で表記されることが多い。両者は G = F + pV の関係にある。 熱力学第二法則より、系は自由エネルギーが減少する方向に進行する。また、閉じた系における熱力学的平衡条件は自由エネルギーが極小値をとることである。 ヘルムホルツの自由エネルギー
→詳細は「ヘルムホルツの自由エネルギー」を参照
ヘルムホルツエネルギーは、系の内部エネルギーをU、熱力学温度をT、エントロピーをS として
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自由エネルギー
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/02/19 06:14 UTC 版)
自然な変数で表した1成分理想気体のヘルムホルツの自由エネルギー F(T, V, n) およびギブスの自由エネルギー G(T, p, n) は以下となる： F ( T , V , n ) = n T n 0 T 0 F 0 − R n T ln [ ( T T 0 ) 1 γ − 1 ( V V 0 ) ( n n 0 ) − 1 ] , {\displaystyle F(T,V,n)={\frac {nT}{n_{0}T_{0}}}F_{0}-RnT\ln \left[\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{\frac {1}{\gamma -1}}\left({\frac {V}{V_{0}}}\right)\left({\frac {n}{n_{0}}}\right)^{-1}\right],} G ( T , p , n ) = n T n 0 T 0 G 0 − R n T ln [ ( T T 0 ) γ γ − 1 ( p p 0 ) − 1 ] . {\displaystyle G(T,p,n)={\frac {nT}{n_{0}T_{0}}}G_{0}-RnT\ln \left[\left({\frac {T}{T_{0}}}\right)^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}\left({\frac {p}{p_{0}}}\right)^{-1}\right].} ただし添え字の0は適当に選んだ基準値を表す。
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