表面エネルギーと表面自由エネルギー

質問

表面エネルギーと表面自由エネルギー

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質問者：oosugi
投稿日時：2005/05/09 01:20
困り度：

表面エネルギーは新たな表面を作るために必要なエネルギー、表面自由エネルギーは表面張力と同じであるという抽象的なことしか知っておりません。
この違いをわかりやすく教えてください。お願いします。

回答(1件)

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表面の全エネルギーが表面エネルギーで、その中の自由エネルギー成分が、表面自由エネルギーです。
新たな表面を作るのに必要なエネルギーは、表面エネルギーではなく、表面自由エネルギーです。
また、それは表面張力と等しいものです。
例えば、１リットルずつ、隣り合わせに２つに区切られた容器があり、この容器は外部とは熱も物質も移動しないとします。はじめ、一方は８０℃のお湯が９００ｇ、もう一方には２０℃の水が９００ｇ入っていたとします。区切られた間同士は熱の移動が可能とすると、時間の経過により、どちらも５０℃になってしまいます。
はじめも、等温になった後も外部へ熱は出ていかないので、全熱エネルギーは等しくなります。
しかし、はじめ温度差があったときには、工夫をすれば仕事を外部に取り出すことができます。
この取り出すことが可能なエネルギーが自由エネルギーです。自由エネルギーが仕事として取り出すことのできない拘束されたエネルギーに変化してしまったのです。つまり、全エネルギーが自由エネルギーと拘束エネルギーとの和になるのです。
繰り返しますが、表面にある全エネルギーが表面エネルギーで、その中の自由エネルギーが表面自由エネルギーです。
表面の拘束されたエネルギーとは、表面エントロピー×温度です。
表面エントロピーは表面張力の温度変化率の符号を変えたもの（つまり-１をかけたもの）です。

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