科学における自由エネルギーの定義

化学と物理学における自由エネルギーとは何ですか?

自由エネルギーは、仕事をするために利用できるシステム内のエネルギーの量です。 PM画像、ゲッティイメージズ

「自由エネルギー」という言葉には、科学において複数の定義があります。

物理学および物理化学では、自由エネルギーは、仕事を実行するために利用できる熱力学系の内部エネルギーの量を指します。熱力学的自由エネルギーにはさまざまな形態があります。

ギブスの自由エネルギー それはエネルギーこれは、一定の温度と圧力にある系で仕事に変換される可能性があります。

ギブスの自由エネルギーの式は次のとおりです。

G = H – TS

ここで、G はギブスの自由エネルギー、H はエンタルピー、T は温度、S はエントロピーです。

ヘルムホルツ自由エネルギー 一定の温度と体積で仕事に変換できるエネルギーです。

ヘルムホルツ自由エネルギーの式は次のとおりです。

A = U – TS

ここで、A はヘルムホルツの自由エネルギー、U は系の内部エネルギー、T は絶対温度 (ケルビン) であり、S はシステムのエントロピーです。

ランダウ自由エネルギー 粒子とエネルギーが周囲と交換される可能性がある開放系のエネルギーについて説明します。

ランダウ自由エネルギーの方程式は次のとおりです。

Ω = A - µN = U - TS - µN

ここで、N は粒子の数、μ は化学ポテンシャルです。

情報理論では、変分自由エネルギーは、変分ベイズ法で使用される構造です。このような方法は、統計と機械学習の扱いにくい積分を近似するために使用されます。

環境科学と経済学では、「フリーエネルギー」という語句は、再生可能な資源や金銭的支払いを必要としないエネルギーを指すために使用されることがあります。

自由エネルギーは、仮想の永久機関に動力を供給するエネルギーを指す場合もあります。このようなデバイスは熱力学の法則に違反するため、この定義は現在、ハードサイエンスではなく疑似科学に言及しています。

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