Freie Energiedefinition in der Wissenschaft

Der Ausdruck "freie Energie" hat in der Wissenschaft mehrere Definitionen:

Thermodynamische Freie Energie

In der Physik und der physikalischen Chemie bezeichnet freie Energie die Menge an interner Energie eines thermodynamischen Systems, die zur Ausführung von Arbeiten zur Verfügung steht. Es gibt verschiedene Formen thermodynamischer freier Energie:

Gibbs freie Energie ist die Energie, die in einem System mit konstanter Temperatur und konstantem Druck in Arbeit umgewandelt werden kann.

Die Gleichung für Gibbs freie Energie lautet:

G = H - TS

wobei G die freie Energie von Gibbs ist, H die Enthalpie ist, T die Temperatur ist und S die Entropie ist.

Helmholtz-freie Energie Diese Energie kann bei konstanter Temperatur und konstantem Volumen in Arbeit umgewandelt werden.

Die Gleichung für die freie Helmholtz-Energie lautet:

A = U - TS

Dabei ist A die freie Helmholtz-Energie, U die innere Energie des Systems, T die absolute Temperatur (Kelvin) und S die Entropie des Systems.

Landau freie Energie beschreibt die Energie eines offenen Systems, in dem Teilchen und Energie mit der Umgebung ausgetauscht werden können.

Die Gleichung für Landauer freie Energie lautet:

Ω = A - μN = U - TS - μN

Dabei ist N die Anzahl der Partikel und μ das chemische Potential.

Variationsfreie Energie

In der Informationstheorie ist die freie Variationsenergie ein Konstrukt, das in variationalen Bayes'schen Methoden verwendet wird. Solche Methoden werden verwendet, um schwer zu handhabende Integrale für Statistik und maschinelles Lernen zu approximieren.

Andere Definitionen

In der Umwelt- und Wirtschaftswissenschaft wird der Ausdruck "freie Energie" manchmal verwendet, um erneuerbare Ressourcen oder Energie zu bezeichnen, für die keine Geldzahlung erforderlich ist.

Freie Energie kann sich auch auf die Energie beziehen, die eine hypothetische Perpetual Motion-Maschine antreibt. Ein solches Gerät verstößt gegen die Gesetze der Thermodynamik, daher bezieht sich diese Definition derzeit eher auf eine Pseudowissenschaft als auf eine harte Wissenschaft.

Quellen

• Baierlein, Ralph.Thermische Physik. Cambridge University Press, 2003, Cambridge, Großbritannien.
• Mendoza, E .; Clapeyron, E .; Carnot, R., Hrsg. Reflexionen über die Antriebskraft des Feuers - und andere Arbeiten zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik. Dover Publications, 1988, Mineola, N.Y..
• Stoner, Clinton. "Untersuchungen zur Natur von freier Energie und Entropie in Bezug auf die biochemische Thermodynamik." Entropie, vol. 2, nein. 3, Sept. 2000, S. 106-141., Doi: 10.3390 / e2030106.