§ 12. Свободная энергия
а. Определение свободной энергии.
Кроме указанных двух характеристических функций
имеются еще две другие характеристические функции, которые применяются вместо энергии и энтальпии, когда рассматривается квазистатическая работа не в адиабатических, а в изотермических процессах.
Внешняя работа, совершенная во время адиабатического квазистатического процесса, равна уменьшению внутренней энергии системы
. В случае изотермических процессов мы ограничиваем свое рассмотрение квазистатическими процессами. Последнее ограничение было не обязательно в случае адиабатических процессов. Согласно (11.1) и (11.2), внешняя работа, совершенная системой во время квазистатического изотермического процесса, равна
где
ибо температура
постоянна, т. е. внешняя работа совершается частично за счет внутренней энергии и и частично обеспечивается теплом
поглощенным из окружающей среды.
Таким образом, изотермически совершаемая работа сопровождается как уменьшением энергии, так и увеличением энтропии системы. Поэтому одна энергия не является достаточной мерой способности системы совершать работу; важное значение имеет и величина энтропии. В качестве меры способности системы совершить изотермическую работу мы введем так называемую свободную энергию, определяемую как
ибо выражение (12.1) можно записать в виде
откуда для изотермического процесса