אנרגיה חופשית היא פוטנציאל תרמודינמי המוגדר ככמות העבודה שמערכת תרמודינמית עשויה לבצע. המונח משמש בדרך כלל כדי לתאר מנועי חום או תגובות כימיות .
ניתן לתאר אנרגיה חופשית כסך האנרגיה הפנימית של מערכת בניכוי אנרגיה שאינה יכולה לשמש לביצוע עבודה, אלא רק מגדילה את אי-הסדר במערכת. אנרגיה בלתי שמישה זו שווה בערכה למינוס מכפלת האנטרופיה בטמפרטורה . אנרגיה חופשית היא פונקציית מצב , כלומר פונקציה הנקבעת באופן חד-ערכי על ידי הגדלים המאפיינים את מצב המערכת ושגודלה אינו תלוי במסלול ההתפתחות של המערכת.
ניתן לתאר את האנרגיה החופשית של מערכות תרמודינמיות בעזרת פונקציות מצב שונות, בהתאם למאפיינים של המערכת. עבור מערכות בעלות לחץ וטמפרטורה קבועים, יש להשתמש בפונקציית האנרגיה החופשית של גיבס . עבור מערכות בעלות נפח וטמפרטורה קבועים יש להשתמש בפונקציית האנרגיה החופשית של הלמהולץ .
תרמודינמיקה
חוקי יסוד
חוקי שימור (החומר , האנרגיה ) • חוקי התרמודינמיקה: אפס , ראשון , שני (ראו גם: תנועה נצחית , השד של מקסוול ), שלישי
קבועים
קבוע הגזים • קבוע בולצמן • קבוע אבוגדרו • קבוע פלאנק
משתנים
אינטנסיבים (טמפרטורה , לחץ , פוטנציאל כימי ) • אקסטנסיבים (אנטרופיה , נפח , מספר חלקיקים ) • משוואת מצב
יחידות מידה
טמפרטורה (צלזיוס , קלווין , יח' אחרות ) • נפח (ליטר , מטר מעוקב ) • לחץ (בר , אטמוספירה , פסקל ) • מספר חלקיקים (מול ) • אנרגיה (ג'אול , קלוריה )
אפיון
הפיכות • שינוי האנתלפיה (תהליך אקסותרמי , תהליך אנדותרמי ) • שינוי באנרגיה (תהליך ספונטני , תהליך מאולץ ) • תהליך (איזוברי , איזותרמי , איזוכורי , אדיאבטי , איזנטרופי , איזואנתלפי )
פוטנציאלים תרמודינמיים אנרגיה פנימית • אנתלפיה • האנרגיה החופשית של הלמהולץ • האנרגיה החופשית של גיבס
מצבי צבירה ומעברי פאזות מצבי צבירה (מוצק , נוזל , גז ) • מעברי פאזות (התכה , התאדות , המראה , התעבות , הקפאה ) • נקודת התכה • נקודת רתיחה • נקודה משולשת • נקודה קריטית • דיאגרמת פאזות • משוואת קלאוזיוס-קלפרון • חוק הפאזות של גיבס
גזים
גז אידיאלי • גז ואן דר ואלס • התאוריה הקינטית של הגזים • לחץ חלקי • חוק ראול • מודל דלטון • חוק בויל-מריוט • חוק גה-ליסאק • חוק שארל
חום וטמפרטורה
האפס המוחלט • יח' מידה לטמפרטורה • שיווי משקל תרמודינמי • קיבול חום • חום כמוס • חוק הס • קלורימטר • אפקט ג'ול-תומסון • הסעת חום • מוליכות חום • מעבר חום • קרינה תרמית
מעגלי עבודה
מעגלים תרמודינמיים (קרנו , סטרלינג , ברייטון , אריקסון , רנקין , סטירלינג , דיזל , לנואר , אוטו , היגרוסקופי , סקודירי , סטודרד ) • נצילות
יישומים
מכונות חום • מנועים • משאבות • משאבת חום • מחליף חום • מיזוג אוויר • מקרר • קירור תרמואלקטרי • תחנות כוח
מונחים נוספים
תאוריית הקלוריק • תנועה בראונית • פונקציית מצב • תרמודינמיקה סטטיסטית • קשרי מקסוול • תרמוכימיה
דמויות בולטות
דניאל ברנולי (1700–1782) • בנג'מין תומפסון (1753–1814) • הרוזן רמפורד (1753–1814) • סאדי קרנו (1796–1832) • אמיל קלפרון (1799–1874) • רוברט מאייר (1814–1878) • ג'יימס ג'ול (1818–1889) • ויליאם ג'ון מקורן רנקין (1820–1872) • הרמן פון הלמהולץ (1821–1894) • רודולף קלאוזיוס (1822–1888) • ויליאם תומסון (1824–1907) • ג'יימס קלרק מקסוול (1831–1879) • יוהנס דידריק ואן דר ואלס (1837–1923) • ג'וסיה וילארד גיבס (1839–1903) • לודוויג בולצמן (1844–1906) • מקס פלנק (1858–1947) • פייר דוהם (1861–1916) • קונסטנטין קרתיאודורי (1873–1950) • לארס אונסגר (1903–1976)
ערך זה עוסק במושג יסוד בתרמודינמיקה. אם התכוונתם לפירושים אחרים, ראו 
