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freie Energie

Thermodynamik und statistische Physik, F, thermodynamische Zustandsfunktion bzw. thermodynamisches Potential , für das  gilt.

Hierbei sind U die innere Energie, T die absolute Temperatur und S die Entropie. Das Produkt T S wird gebundene Energie genannt.

Das totale Differential der freien Energie hat in den natürlichen Variablen V und T die Form . So folgt bei einer isothermen Zustandsänderung () für die geleistete Arbeit
 .

Bei einem isothermen Prozess leistet das System auf Kosten von F Arbeit, und nicht wie beim adiabatischen Prozess auf Kosten der inneren Energie. Aus diesem Grunde wird diese Energie als »frei« bezeichnet.

Aus  resultiert die thermodynamische Relation .

Ein isotherm-isochores System strebt stets einem Minimum der freien Energie zu.

Aus der freien Energie lässt sich die spezifische Wärme bei konstantem Volumen
  
und die Kompressibilität b bzw. das isotherme Elastizitätsmodul () aus
 berechnen.

 

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