自由能 (Free Energy)

自由能把能量与熵效应合并，用来判断特定环境约束下过程能否自发发生。

实际系统常与恒温环境交换热，自由能比只看总能量更直接地预测平衡与可用功。

系统既倾向降低能量，也倾向增加可实现状态数；自由能记录两种趋势的竞争。

恒温恒容常用亥姆霍兹自由能 F=U-TS，恒温恒压常用吉布斯自由能 G=H-TS。

在相应约束下，自发过程使自由能下降，平衡态位于可达状态中的自由能极小值。

化学反应在恒温恒压条件下是否自发，可由吉布斯自由能变化判断。

这个概念常用于化学平衡、相变、材料稳定性。应用时应先确认研究对象、观察尺度和所采用的模型。

必须选择与控制变量相匹配的热力学势；远离平衡时简单极小原则可能不足。