大位能，也稱作朗道自由能，是統計力學中使用的一個量，特別是在開放系統的不可逆過程裡使用。在统计力学中，它作为巨正则系综的特性函数出现。
定义
大位能一般记作\Phi_\mathrm{G}或J，其定义为
:
J\; \stackrel{\mathrm{def}}{=}\ U - T S - \mu N
U是内能，T是系統的溫度，S是熵，\mu是化學位能，N是系統中的粒子數。
大位能的改變量為
:
dJ = - S dT - N d\mu - p dV
這裡p為壓强，V為體積。该等式推导过程中用到了热力学基本关系。
當系統達到热力学平衡，J有最小值。这一点可由等温定容、化学位能恒定的条件下dJ=0自然得出。
-{zh-cn:朗道;zh-tw:蘭道}-自由能
一些文献中会提到-{zh-cn:朗道;zh-tw:蘭道}-自由能或-{zh-cn:朗道势能;zh-tw:蘭道位能}-：
\Omega \ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\ F - \mu N = U - T S - \mu N
這以俄罗斯物理學家列夫·朗道命名。视系统具体的定义，它可能是大位能的同义词。对于均相系统，一般有\Omega=-pV。
均相系的巨热力学势
对于一标度伸缩不变的体系（即由\lambda个全同子系统V组合而成的大系统\lambda V）而言，当我们试图扩大此系统的体积而保持系统状态均一稳定时，必然有新的粒子和更多能量从粒子源涌入该系统。在这过程中，压强作为强度性质，将不随体积的变化而改变：
\left(\frac{\partial \langle p\rangle}{\partial V}\right)_{\mu, T}=0
同时粒子数和其它的广延性质（内能、焓、熵等性质）将与系统的体积成正比：
\left(\frac{\partial \langle N\rangle}{\partial V}\right)_{\mu, T}=\frac{N}{V}
由此容易得到
J=-\langle p\rangle V
以及
G=\langle N\rangle \mu
对于巨热力学势的一种直观的理解方式是，它等于我们在将系统“挤压”到体积为零的过程中所能获得的能量（注意，在此过程中，系统会将其全部粒子重新释放入粒子源中）。巨热力学势是个负值，这是因为进行这种“挤压”实际上需要外界对系统做功。
不过，以上推导过程中用到的这种标度不变性在多数实际系统中并不存在。例如，对于单个分子甚或一块金属中所有电子所组成的系统，增加其体积并不改变其中的电子数目。一般而言，对于体积过小的系统，或各部分之间存在长程相互作用（所谓长程是指，作用发生的尺度不亚于热力学极限的尺度）的系统，J\neq -\langle p\rangle V。
理想气体的巨热力学势
對於理想氣體，
:
J = - k_\mathrm{B} T \ln \Xi = - k_\mathrm{B} T Z_{1} \mathrm{e}^{\beta \mu}
這裡\Xi是巨配分函數，k_\mathrm{B}是波尔茲曼常數，Z_1是粒子1的配分函數且\beta等於1/k_\mathrm{B}T。式中\mathrm{e}^{\beta \mu}的是玻尔兹曼因子。
參考
參見
*吉布斯能
*亥姆霍茲自由能
外部連結
- [https://web.archive.org/web/20060909024313/http://theory.ph.man.ac.uk/~judith/stat_therm/node88.html Grand Potential (Manchester University)]
熱力學
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