Energia swobodna

Energia swobodna

Energia swobodna jest wielkością fizyczną przydatną w opisie układów, będących w kontakcie z otoczeniem (tzn. oddziaływujących z nim). Pojęcie to wywodzi się z termodynamiki fenomenologicznej, gdzie służyło m.in. do określenia maksymalnej pracy, jaką można uzyskać ze zgromadzonej w układzie energii (stąd określenie swobodna), przy określonym typie oddziaływań z otoczeniem (termiczne, mechaniczne, materialne). Jednakże energia swobodna (i jej pochodne cząstkowe) pozwala wyznaczyć wszystkie makroskopowe równowagowe własności układu.

Zarys historyczny

W zestawie artykułów Energia swobodna, które znaleźć można w ramach tego wiki, ograniczamy sie do opisu energii swobodnej Helmholtza:

Błąd przy generowaniu miniatury: /bin/bash: /usr/bin/convert: No such file or directory Error code: 127

czyli potencjału termodynamicznego stosowanego w przypadku układów w kontakcie termicznym z otoczeniem (przy stałej liczbie cząsteczek, N, i stałej objętości, V). Energia swobodna Helmholtza w powyższej postaci jest funkcją parametrów makroskopowych, przez co jej stosowalność ograniczona jest do układów (również) makroskopowych, tzn. zbudowanych z niewyobrażalnie dużej liczby cząsteczek. Należy podkreślić, że termodynamika fenomenologiczna nie zakłada, że otaczająca nas materia zbudowana jest z atomów, a jedynie postuluje istnienie i właściwości dwuch funkcji: energii wewnętrznej (U) i entropii (S).

Ponieważ zajmujemy się układami w skali mikro (białka, kwasy nukleinowe itd.), interesować będzie postać energii swobodnej Helmholtza, wynikająca z postulatów mechaniki statystycznej. To znaczy,

Błąd przy generowaniu miniatury: /bin/bash: /usr/bin/convert: No such file or directory Error code: 127

gdzie w miejsce energii wewnętrzenej pojawiła się wartość oczekiwana energii całkowitej względem gęstości prawdopodobieństwa:

Błąd przy generowaniu miniatury: /bin/bash: /usr/bin/convert: No such file or directory Error code: 127

zwanej rozkładem Boltzmanna