自由能（Free Energy）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。它衡量的是在一个特定的热力学过程中，系统可对外输出的“有用能量”。
自由能的概念在物理学和化学中非常重要，因为它可以帮助我们理解和预测系统在能量转换和传递过程中的行为。根据热力学第二定律，封闭系统的自由能变化（ΔG）在恒温恒压条件下永远小于或等于零，当且仅当系统达到平衡时等于零。
自由能可以分为两种主要类型：
亥姆霍兹自由能（Helmholtz Free Energy）：
通常简称为自由能，用符号F表示。它的定义是F = U - TS，其中U是系统的内能，T是绝对温度，S是熵。
吉布斯自由能（Gibbs Free Energy）：
在恒温恒压条件下，系统的自由能可以表示为G = F + pV，其中p是压力，V是体积。由于在许多生物反应中压力和体积的变化可以忽略不计，因此吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能通常是等价的，可以互换使用。
自由能在生物学、化学和工程等领域有广泛的应用。例如，在生物学中，自由能用于描述生物反应中可用于做功的能量上限，以及系统达到平衡时的状态。在化学中，自由能用于预测化学反应的可行性和方向。
总结来说，自由能是一个衡量系统在热力学过程中可输出有用能量的物理量，它对于理解和预测系统的能量转换行为具有重要意义。