Свободная энергия

Из второго начала термодинамики вытекает, что не вся внутренняя энергия нагретого тела может быть превращена в эквивалентную ей работу; иначе можно было бы создать тепловую машину с КПД, равным 100%.

Определим свободную энергию F как часть внутренней энергии, которую можно превратить в работу:

. (20)

Свободная энергия является функцией состояния системы.

Найдём приращение свободной энергии из (20):

. (21)

Из (1) , тогда

. (22)

По первому началу термодинамики , тогда из (22) получим:

. (23)

В изотермическом процессе dT=0, и

, (24)

то есть работа совершается за счёт убыли свободной энергии. Физический смысл свободной энергии можно сформулировать так: работа, совершаемая системой в обратимом изотермическом процессе, равна убыли свободной энергии системы.

Произведение в формуле (20) можно назвать «связанной» энергией, так как её нельзя превратить в работу.