自由能是什麼意思

自由能（Free Energy）是熱力學中一個重要的概念，它用來描述一個系統的能量中可以轉換為其他形式的能量部分。自由能通常分為兩種：吉布斯自由能（Gibbs free energy）和亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy），它們分別用於不同的情況下。

1. 吉布斯自由能（Gibbs free energy）： 吉布斯自由能（G）是化學反應熱力學中的一個重要參數，用來判斷化學反應的方向和可否自發進行。吉布斯自由能的公式為：

[ G = H - TS ]

其中，H是焓（熱力學中能量的一種形式），T是絕對溫度，S是熵（系統的無序程度）。當 ( G ) 減少時，化學反應傾向於自發進行；當 ( G ) 增加時，化學反應傾向於非自發進行。

2. 亥姆霍茲自由能（Helmholtz free energy）： 亥姆霍茲自由能（A）是一個狀態函數，用於描述系統的能量中可以轉換為功的部分。亥姆霍茲自由能的公式為：

[ A = U - TS ]

其中，U是內能，T是絕對溫度，S是熵。在等溫過程中，亥姆霍茲自由能可以作為判斷系統是否趨向於更加有序的參數。當 ( A ) 減少時，系統傾向於更加有序；當 ( A ) 增加時，系統傾向於更加無序。

總之，自由能是熱力學中一個廣泛使用的概念，用於描述能量轉換的可能性以及化學反應的方向。在生物學、化學、物理學和工程學等領域中，自由能的計算和分析都是非常重要的工作。