Fri energi

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi
Gå til: navigasjon, søk

I termodynamikken betyr fri energi mengden energi man kan få ut av et termisk system i form av mekanisk arbeid. Fri energi kan brukes om ulike termodynamiske potensialer, men oftest mener man Helmholtz fri energi, som er fri energi i et system ved konstant temperatur og partikkeltall.

Teori[rediger | rediger kilde]

Helmholtz fri energi F=F(T,V) er definert som

F = U - TS \,

hvor U er indre energi, T er temperatur og S er entropi.

Differensialet av F er gitt ved

dF = dU - T~dS-S~dT=dU-dQ-S~dT=dU-dU-p~dV-S~dT=-P~dV - S~dT \,

hvor P er trykk. Tilstandsligningene formulert med F er da

   -P = \left(\frac{\partial F}{\partial V} \right)_{TN},~ 
	  -S = \left(\frac{\partial F}{\partial T} \right)_{VN},~ 
	  \mu= \left(\frac{\partial F}{\partial N} \right)_{TV}

Dvs. hvis F er kjent, kan man regne ut trykk, entropi og kjemisk potensial.

I statistisk fysikk kan man regne ut fri energi fra den kanoniske partisjonsfunksjonen Z

F = -k_B~T~\ln(Z)

hvor kB er Boltzmanns konstant. Partisjonsfunksjonen er gitt fra de mikroskopiske egenskapene til systemet. Er disse kjent kan man dermed regne ut de makroskopiske tilstandsvariablene, slik som trykk, entropi, og kjemisk potensial.