Вільна енергія
Ві́льна ене́ргія, вільна енергія Гельмгольца — поряд з внутрішньою енергією, ентальпією, ентропією є функцією стану; одне з фундаментальних понять, яке використовують у термодинаміці, фізиці статистичній, хімії, технічних дисциплінах для опису теплових процесів.
Історична довідка
Концепцію вільної енергії у науковий обіг увів 1882 учений Г. Л. Ф. фон Гельмгольц.
Сучасну назву вільна енергія отримала 1923 після виходу підручника Г. Н. Льюїса (1875–1946; США) і М. Рендалла (1888–1950; США) «Термодинаміка та вільна енергія хімічних реакцій» (англ. «Thermodynamics and free energy of chemical reactions»), де часто вживаний раніше термін «хімічна спорідненість» замінено на «вільна енергія» (англ. «free energy»).
Характеристика
Вільна енергія є скалярною функцією та адитивною величиною. Як один із термодинамічних потенціалів, вільну енергію визначають зі співвідношення F = U-T S через внутрішню енергію системи U, температуру T, ентропію S. За відсутності зовнішніх полів є функцією температури, об’єму V, для систем зі змінним числом частинок — ще й функцією числа частинок N. Диференціал вільної енергії виражають як dF = -S dT-p dV+μ dN, де p означає тиск, а μ — хімічний потенціал.
Різниця вільних енергій ΔF кінцевого та початкового станів системи визначає максимальну роботу, яку можна отримати під час проходження термодинамічних процесів. При оборотному процесі максимальна корисна робота, яку можна отримати від системи при постійній температурі та постійному об’ємі, дорівнює від’ємній зміні вільної енергії Гельмгольца, −ΔF = −ΔU + TΔS. Для теплового двигуна із Карно циклом зміна вільної енергії після повного циклу дорівнює нулю. У стані рівноваги термодинамічної вільна енергія набуває мінімального значення. Умовою перебігу спонтанних процесів у напрямку рівноваги є нерівність ΔF < 0.
У статистичній фізиці вільну енергію визначають зі співвідношення F = -kBT ln Z через статистичну суму канонічного Гіббса розподілу, де kB означає Больцмана сталу, а підсумовування ведуть за всіма енергетичними рівнями системи Ei.
Література
- Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика : в 10 т. 5-е изд. Москва : Физматлит, 2005. Т. 5: Статистическая физика. Ч. 1. 616 с.
- Ansermet J. P., Brechet S. D. Principles of Thermodynamics. Cambridge; New York : Cambridge University Press, 2019. 530 p.
- Квасников И. А. Термодинамика и статистическая физика : в 4 т. 6-е изд., перераб. и доп. Москва : URSS, 2021. Т. 1: Термодинамика. 328 с.
Автор ВУЕ
Покликання на цю статтю: Ігнатюк В. В. Вільна енергія // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Вільна енергія (дата звернення: 29.04.2024).
Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 29.11.2023
Важливо!
Ворог не зупиняється у гібридній війні і постійно атакує наш інформаційний простір фейками.
Ми закликаємо послуговуватися інформацією лише з офіційних сторінок органів влади.
Збережіть собі офіційні сторінки Національної поліції України та обласних управлінь поліції, аби оперативно отримувати правдиву інформацію.
Отримуйте інформацію тільки з офіційних сайтів
Офіс Президента України
Верховна Рада України
Кабінет Міністрів України
Служба безпеки України
Міністерство оборони України
Міністерство внутрішніх справ України
Національна поліція України
[[Категорія:]]
