Definicja wolnej energii w nauce

Czym jest wolna energia w chemii i fizyce?

Darmowa energia to ilość energii w systemie, która jest dostępna do wykonania pracy. Obrazy PM, obrazy Getty

Wyrażenie „darmowa energia” ma w nauce wiele definicji:

Swobodna energia termodynamiczna

W fizyce i chemii fizycznej energia swobodna odnosi się do ilości energii wewnętrznej układu termodynamicznego, która jest dostępna do wykonywania pracy. Istnieją różne formy termodynamicznej energii swobodnej:

Energia swobodna Gibbsa jest energia które można przekształcić w pracę w systemie o stałej temperaturze i ciśnieniu.

Równanie na energię swobodną Gibbsa to:

G = H – TS

gdzie G to energia swobodna Gibbsa, H to entalpia, T to temperatura, a S to entropia.

Energia swobodna Helmholtza to energia, którą można zamienić na pracę przy stałej temperaturze i objętości.

Równanie na energię swobodną Helmholtza to:

A = U – TS

gdzie A jest energią swobodną Helmholtza, U jest energią wewnętrzną układu, T jest temperatura bezwzględna (Kelvin) i S jest entropią układu.

Darmowa energia Landau opisuje energię systemu otwartego, w którym cząstki i energia mogą być wymieniane z otoczeniem.

Równanie na energię swobodną Landaua to:

Ω = A - µN = U - TS - µN

gdzie N to liczba cząstek, a μ to potencjał chemiczny.

Zmienna energia swobodna

W teorii informacji wariacyjna energia swobodna jest konstrukcją wykorzystywaną w wariacyjnych metodach bayesowskich. Takie metody są używane do aproksymacji niewykonalnych całek dla statystyki i uczenia maszynowego.

Inne definicje

W naukach o środowisku i ekonomii wyrażenie „darmowa energia” jest czasami używane w odniesieniu do zasobów odnawialnych lub jakiejkolwiek energii, która nie wymaga zapłaty pieniężnej.

Energia swobodna może również odnosić się do energii, która zasila hipotetyczną maszynę perpetuum mobile. Takie urządzenie łamie prawa termodynamiki, więc ta definicja odnosi się obecnie do pseudonauki, a nie nauki ścisłej.

Źródła

• Baierleina, Ralpha. Fizyka Cieplna . Cambridge University Press, 2003, Cambridge, Wielka Brytania
• Mendoza, E.; Clapeyron, E.; Carnot, R., wyd. Refleksje na temat siły napędowej ognia – i inne artykuły na temat drugiej zasady termodynamiki . Publikacje Dover, 1988, Mineola, N.Y.
• Stoner, Clinton. Badania natury wolnej energii i entropii w odniesieniu do termodynamiki biochemicznej. Entropia , tom. 2, nie. 3 września 2000, s. 106–141., doi: 10,3390/e2030106.