Freie Energie

Die freie Energie, auch Helmholtz-Potential, helmholtzsche freie Energie oder Helmholtz-Energie nach Hermann von Helmholtz, ist ein thermodynamisches Potential. Sie hat die Dimension einer Energie. Die freie Energie ist eine extensive Größe. Der Wert der freien Energie wird in der Einheit Joule angegeben. Als Formelzeichen sind das ${\displaystyle F}$ oder ${\displaystyle A}$ üblich.

Physikalische Größe
Name	Freie Energie, Helmholtz-Energie
Größenart	Energie
Formelzeichen	${\displaystyle F,A}$
Größen- und Einheitensystem Einheit Dimension SI J = kg·m2·s−2 L2·M·T−2

Die freie Energie ist die Legendre-Transformierte der inneren Energie bezüglich der Entropie. Sie berechnet sich als innere Energie ${\displaystyle U}$ des Systems abzüglich des Produkts aus der absoluten Temperatur ${\displaystyle T}$ und der Entropie ${\displaystyle S}$ des Systems:

${\displaystyle F=U-T\,S}$.

Die molare freie Energie (Einheit: J/mol) ist die auf die Stoffmenge ${\displaystyle n}$ bezogene freie Energie:

${\displaystyle F_{m}={\frac {F}{n}}}$.

Die spezifische freie Energie (Einheit: J/kg) ist die auf die Masse ${\displaystyle m}$ bezogene freie Energie:

${\displaystyle f={\frac {F}{m}}}$.

Die molare und die spezifische freie Energie sind intensive Größen.