自由能

吉布斯自由能的基本原理吉布斯自由能的基本原理一、引言：自由能是热力学中一个非常重要的概念，在各个领域都有广泛的应用。

而吉布斯自由能则是热力学中的一个衡量体系的尤其重要的量。

本文将从基本原理的角度出发，深入探讨吉布斯自由能的概念、计算方法以及其实际应用。

二、吉布斯自由能的概念：吉布斯自由能（Gibbs free energy）是指在恒温恒压条件下，系统能量以及体积的变化所能引起的外界对系统的做功的最大值。

简单来说，吉布斯自由能是系统所拥有的可利用能量，也是系统发生变化的驱动力。

三、吉布斯自由能的计算方法：吉布斯自由能的计算方法可以通过熵变和焓变来表示。

根据吉布斯自由能的定义，可以得到如下公式：G = H - TS其中，G表示吉布斯自由能，H表示焓，T表示温度，S表示熵。

通过这个公式，可以看出吉布斯自由能与熵、焓以及温度有关。

当系统处于平衡状态时，吉布斯自由能取最小值，此时系统的熵达到最大值。

根据吉布斯自由能的计算方法，我们可以通过测量焓变和熵变来计算吉布斯自由能的值。

四、吉布斯自由能的物理意义：吉布斯自由能的物理意义主要体现在以下几个方面：1. 反应的驱动力：吉布斯自由能是反应发生的驱动力。

当吉布斯自由能的变化为负值时，表示反应是自发进行的，是能量释放的过程；而当吉布斯自由能的变化为正值时，表示反应是不自发进行的，需要外界输入能量才能发生。

2. 可逆过程的判断：吉布斯自由能还可以用来判断过程的可逆性。

当吉布斯自由能的变化为零时，表示过程是可逆的；而当吉布斯自由能的变化不为零时，表示过程是不可逆的。

3. 平衡态的判断：吉布斯自由能的最小值对应着系统处于平衡态。

通过最小化吉布斯自由能，可以确定系统的平衡态以及平衡时的条件。

五、吉布斯自由能的应用：由于吉布斯自由能能够反映系统的稳定性和变化趋势，因此在各个领域都有着广泛的应用。

以下是吉布斯自由能在不同领域中的几个典型应用：1. 化学平衡：在化学反应中，吉布斯自由能可以用来判断反应的方向以及反应是否可逆。

自由能通俗易懂的说法
自由是指个体在不受限制的情况下能够自主地做出选择和行动
的状态。

在自由的状态下，个体可以根据自己的意愿和需要做出决定，而不受外部强制或限制。

这意味着个体有权利表达自己的观点，选择自己的生活方式，追求自己的目标，以及参与社会活动而不受
到不合理的干涉。

自由也包括了言论自由、宗教自由、个人隐私和
自由思想的权利。

总的来说，自由是指个体在不受外部强制和限制
的情况下能够自主地决定和行动的状态。

热力学中的自由能与自由能计算热力学是研究物质热平衡状态以及热力学性质的科学。

在热力学中，自由能是一个重要的概念，并且在实际计算中有着广泛的应用。

本文将介绍自由能的概念以及如何计算自由能。

一、自由能的概念在热力学中，自由能是描述系统稳定状态的一种量。

它是系统在给定温度、压力等条件下的内能和熵的综合体现。

自由能可以被分为两个部分：Helmholtz自由能和Gibbs自由能。

1. Helmholtz自由能（A）：Helmholtz自由能被定义为系统的内能减去系统的熵乘以温度：A = U - TS其中，A表示Helmholtz自由能，U表示系统的内能，T表示系统的温度，S表示系统的熵。

2. Gibbs自由能（G）：Gibbs自由能是系统在恒温、恒压条件下的自由能，可以通过内能、熵以及压力进行计算：G = U - TS + PV其中，G表示Gibbs自由能，U表示系统的内能，T表示系统的温度，S表示系统的熵，P表示系统的压力，V表示系统的体积。

二、自由能的计算自由能可以通过根据系统的性质和条件进行计算。

下面分别介绍Helmholtz自由能和Gibbs自由能的计算方法。

1. Helmholtz自由能的计算：根据Helmholtz自由能的定义，我们可以得到其计算公式：A = U - TS其中，U表示系统的内能，T表示系统的温度，S表示系统的熵。

为了计算系统的Helmholtz自由能，我们需要知道系统的内能和熵。

系统的内能可以通过测量得到，而系统的熵可以根据热力学性质和条件进行计算。

2. Gibbs自由能的计算：Gibbs自由能可以通过内能、熵以及压力进行计算。

根据Gibbs自由能的定义，我们可以得到其计算公式：G = U - TS + PV其中，U表示系统的内能，T表示系统的温度，S表示系统的熵，P表示系统的压力，V表示系统的体积。

同样地，计算Gibbs自由能需要我们知道系统的内能、熵、温度、压力和体积。

其中，压力和体积可以通过实验或者计算得到，而内能、熵和温度可以根据系统的性质和条件进行计算。

自由能名词解释自由能的量化方法是使用两个参数，一个用来表示物体本身的性质，另一个则用来表示所接触的外部环境。

比如你伸手去拿杯子，如果你把杯子举得高一些，那么，你对它做功就多一点，于是杯子里面的自由能就少一点；如果你把杯子放低一些，它所受的力就小一点，于是杯子里面的自由能就多一点。

你和杯子所做的功就决定了杯子里面的能量的大小。

由于实际上我们还不知道究竟需要做多少功，也不知道你在那种情况下所做的功最多，因此自由能的测量还没有标准，通常是以个人经验来确定。

1、为什么使用两个参数？2、两个参数怎么理解？3、怎么测量？通常认为自由能的定义应包含四个要素：“所处环境”，即你处于什么样的外界环境中，将会对你施加影响。

比如，你站在大街上，行人很多，同时周围车辆来来往往，此时大街的自由能比站在家里更大，因为周围车辆来来往往，需要对你做功，使你的能量减少了。

“碰撞体系”，即外部环境对碰撞体系施加了哪些影响，这些影响又是如何变化的。

如果说大街上有树木，树干与树枝之间距离很近，因此风可以在树枝之间自由流动，对树枝施加的力很小，但随着风速的增加，树干所受的力会变大，而当树枝相互碰撞后又可以重新组成新的树冠，使得大街上的风力很强，因此树干受到的影响会很大。

3、怎么测量？采用可以感觉到的形式测量。

比如，测量直观地摸一个球的感觉是什么。

但是测量碰撞体系需要考虑空气阻力。

4、“量子”是什么？现在物理学中，许多物理量的计算需要引入“量子”概念。

简单来说，某物理量在宏观上与物质或能量无关，但在微观上与物质或能量有关。

例如，热是一种宏观的属性，但却和电磁力、能量有关。

物理学中的量子概念是从牛顿时代开始的，牛顿发现万有引力定律与两个分别处于地球两极的苹果的运动无关，却与地球绕太阳运转有关。

这两个苹果所具有的运动属性——运动速度与运动方向都可以被描述为一个粒子，这个粒子就叫“量子”。

量子物理学的诞生是对牛顿经典物理学的一次革命。

自由能：“自由能”这一概念的提出可追溯到1914年，但直到1954年才获得一致公认。

自由能发电机原理
自由能发电机是一种利用自然界的能量来产生电的装置，其原理是基于自由能的存在。

自由能是指存在于自然界中的未被利用的能量，如风能、水能、太阳能等。

这些能量可以通过合适的装置进行收集和转换，从而产生电力。

自由能发电机的核心部件是转子和定子，其中转子包含磁铁，定子包含线圈。

当转子旋转时，磁铁会在定子线圈中产生电动势，从而产生电流。

这个过程中不需要任何外部能源的输入，因此被称为自由能发电。

自由能发电机的优点在于节省能源、环保节能、无需外部能源输入等。

但也存在一些问题，如转子的摩擦会导致能量损失，同时由于自由能的捕获并不容易，因此目前自由能发电机的使用还受到一定的限制。

总的来说，自由能发电机原理虽然存在一些问题，但是其具有重大的潜在应用价值，未来可以通过技术的进一步发展而得到更好的应用。

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自由能变△G的公式
自由能的公式是△G=△H-△（TS），系统吉布斯自由能变化等于焓变减温度乘熵的变化值，自由能是指在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以转化为对外做功的部分。

封闭系统在等温等压条件下可能做出的最大有用功对应于状态函数，吉布斯自由能（有时简称自由能或吉布斯函数，符号为G）的变化量。

对于化学反应，它的吉布斯自由能的变化量△G可以通过电化学方法测得。

反应自发进行的公式为：△G=△H－T△S。

△G——吉布斯自由能变
△H——焓变（△H<0为放热反应，△H>0为吸热反应）
△S——熵变（物质混乱度的量度，如固体变成气体或气体体积增大，则混乱度增加，△S>0）
如果△G<0，反应可以自发进行；反之则不可以自发进行。

恒温恒压下：
当△H<0，△S>0时，反应自发进行；
当△H>0，△S<0时，反应不自发进行；
当△H>0，△S>0时，需要在较高温度的条件下，才能自发进行。

当△H<0，△S<0时，需要在较低温度的条件下，才能自发进行。

一般低温时焓变影响为主；高温时，熵变影响为主，而温度影响的大小要看△H和△S的具体数值而定。

高中自由能公式
自由能的公式是△G=△H-△(TS)。

自由能（Gibbsfreeenergy）在化学热力学中为判断过程进行的方向而引入的热力学函数。

又称自由焓、吉布斯自由能或自由能自由能指的是在某一个热力学过程中，系统减少的内能中可以化为对外做功的部分。

自由能(freeenergy)在物理化学中，按照亥姆霍兹的定容自由能F与吉布斯的定压自由能G的定义。

吉布斯自由能是自由能的一种。

1876年美国著名数学物理学家，数学化学家吉布斯在康涅狄格科学院学报上发表了奠定化学热力学基础的经典之作《论非均相物体的平衡》的第一部分。

1878年他完成了第二部分。

这一长达三百余页的论文被认为是化学史上最重要的论文之一，其中提出了吉布斯自由能，化学势等概念，阐明了化学平衡、相平衡、表面吸附等现象的本质。

化学反应中的自由能变化及其意义第七单元生物氧化一、生物能学的几个概念（一）化学反应中的自由能变化及其意义1.化学反应中的自由能自由能：在一个体系中，能够用来做有用功的那一部分能量称自由能，用符号G表示。

在恒温、恒压下进行的化学反应，其产生有用功的能力可以用反应前后自由能的变化来衡量。

自由能的变化：△G = G产物—G反应物= △H _ T△S△G 代表体系的自由能变化，△H代表体系的焓变化，T代表体系的绝对温度，△S代表体系的熵变化。

焓与熵都是体系的状态函数。

焓代表体系的内能与压力P乘以体积V之和：H = U + PV，dH = dU + PdV + VdP 熵代表体系中能量的分散程度，也就是体系的无序程度：△S = dQ／T ，△S = △S体系+△S环境，只有△S≥0，过程才能自发进行。

2.△G是判断一个过程能否自发进行的根据△G<0，反应能自发进行，能做有用功。

△G>0，反应不能自发进行，必须供给能量。

△G=0，反应处于平衡状态。

一个放热反应(或吸热反应)的总热量的变化（△H），不能作为此反应能否自发进行的判据，只有自由能的变化才是唯一准确的指标。

△G<0仅是反应能自发进行的必要条件，有的反应还需催化剂才能进行，催化剂（酶）只能催化自由能变化为负值的反应，如果一个反应的自由能变化为正值，酶也无能为力。

当△G为正值时，反应体系为吸能反应，此时只有与放能反应相偶联，反应才能进行。

3.标准自由能变化及其与化学反应平衡常数的关系aA+bB →cC+dD标准自由内能变化：在规定的标准条件下的自由能变化，用△G°表示。

标准条件：25℃，参加反应的物质的浓度都是1mol∕L（气体则是1大气压）。

若同时定义pH =7.0，则标准自由能变化用△G°′表示。

△G°′=－GTln K/K/是化学反应的平衡常数，因此，△G°/ 也是一个常数。

常见物质的标准生成自由能△G°′已经列在各种化学手册中，可以根据△G°′= -RT lnK的公式求出平衡常数K′。

自由能名词解释在核反应堆内部，高温高压下，质子和中子相互结合成新的原子核，原子核发生裂变，或者说新的原子核形成，这个过程叫做核反应。

为了使这种反应顺利进行，还必须向反应堆里投入必要的燃料——重元素的原子核，这些原子核又称做裂变产物。

这种元素的原子核就称做裂变碎片。

因为是新生成的核，原来的核还没有破坏，所以它的质量比起原来的核要轻得多，这种差别就叫做核的自由度。

核裂变时，每一个新核总有部分质量转移到周围的一些核上，叫做核的“自由度”。

【释义】物理学名词。

指反应堆中由核裂变而生成的新核，由于自身质量较轻，在运动时会与其他核碰撞而损失一定的能量，使核的密度降低，即核具有了一定的自由度。

【自由能】=--引力势能+-动能+-热能-放射性。

自由能即重子（质子）与核反应中心相互作用而具有的势能。

当两个粒子组成核系统时，由于系统内各粒子间存在相互吸引作用，故系统总有部分质量随之转移至系统外粒子上，即所谓的质量流。

这种由于存在着质量转移所造成的现象称为自由能。

核反应中的每一个新核都会带走一部分自由能，从而引起其他核的质量改变，这样就使核的密度降低，自由能增加。

自由能的变化与核裂变的次数成正比。

如何计算?对于不同的反应堆，自由能的值不同。

下表列出的是常见核反应堆中，所测得的一些自由能值。

【例子】 1、它是标准重力的30~40倍。

2、水银沸点356.1 ℃，标准状况下为0.17394kJ/mol。

3、一个标准的电池，只有约0.02×103J。

4、煤气在通风橱中燃烧，一个标准煤气灯只消耗1.5×103J。

5、光在一个激光束上消耗的能量不到5×103J。

自由能有很大的变化范围。

其中最大的自由能值可达到100万~ 500万千焦/摩尔，比太阳上的总能量大100亿倍。

这样大的自由能变化意味着核反应的截面要缩小许多倍。

在化学反应过程中，在反应初期，反应物与反应产物之间的浓度不是均匀的，有的地方浓度大，有的地方浓度小，从而造成化学反应的速率有快有慢，使反应物的转化率不同。

化学热力学：焓熵和自由能化学热力学：焓、熵和自由能热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科。

在热力学中，焓、熵和自由能是重要的概念。

本文将介绍焓、熵和自由能的定义、计算以及在化学反应中的应用。

一、焓（Enthalpy）焓是热力学中的一个重要量，通常用H表示。

焓的定义为系统的内能与系统所施加的外界压力乘积之和。

焓的单位是焦耳（J）或卡路里（cal）。

在恒压条件下，焓变表示为ΔH。

当ΔH为正值时，表示反应吸热，即吸收热能；当ΔH为负值时，表示反应放热，即释放热能。

焓变的计算可以利用反应前后的反应物和产物的摩尔数与焓变的标准摩尔焓变之间的关系进行。

二、熵（Entropy）熵是系统的无序程度的度量，通常用S表示。

熵的定义为系统所处的状态的无序性程度。

熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。

熵的增加表示系统的无序程度增加，反之则减小。

在化学反应中，根据熵的变化可以判断反应的趋向性。

当ΔS为正值时，表示反应是自发进行的；当ΔS为负值时，表示反应是不可逆进行的；当ΔS等于零时，表示反应处于平衡状态。

三、自由能（Free Energy）自由能是描述系统能量可利用性的指标。

通常用G表示。

自由能的定义为系统的焓减去系统的熵与温度的乘积，即G = H - TS。

根据自由能的定义，可以得出系统的自由能变化关系为ΔG = ΔH - TΔS。

当ΔG为负值时，表示反应是自发进行的；当ΔG为正值时，表示反应是不可逆进行的；当ΔG等于零时，表示反应处于平衡状态。

四、焓熵图焓熵图是研究热力学反应趋势的常用工具。

焓熵图将焓变与熵变的数值表示在坐标轴上，通过分析焓熵图可以判断反应的自发性。

在焓熵图中，焓变为横轴，熵变为纵轴。

对于一定温度下的反应，焓变为正值时，熵变为负值时，反应处于不可逆状态，即反应不会自发进行；焓变为负值时，熵变为正值时，反应处于自发状态，即反应会自发进行；焓变和熵变在同一侧时，反应的自发性取决于温度。

五、化学反应中的焓、熵和自由能焓、熵和自由能在化学反应中的应用非常广泛。