Avainero – vapaa energia vs entalpia
Vapaa energia ja entalpia ovat kaksi termodynaamista termiä, joita käytetään selittämään lämpöenergian ja termodynaamisessa järjestelmässä tapahtuvien kemiallisten reaktioiden välistä suhdetta. Vapaa energia tai termodynaaminen vapaa energia on työn määrä, jonka termodynaaminen järjestelmä voi suorittaa. Toisin sanoen vapaa energia on energiamäärä, joka on käytettävissä kyseisessä termodynaamisessa järjestelmässä termodynaamisen työn suorittamiseen. Toisa alta entalpia on termodynaaminen suure, joka edustaa kokonaisenergiasisältöä termodynaamisessa järjestelmässä. avainero vapaan energian ja entalpian välillä on se, että vapaa energia antaa termodynaamisen työn suorittamiseen käytettävissä olevan kokonaisenergian, kun taas entalpia antaa termodynaamisen järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi.
Mitä on vapaa energia?
Vapaa energia on termodynaamisen järjestelmän käytettävissä oleva energiamäärä termodynaamisen työn suorittamiseen. Vapaalla energialla on energian mitat. Termodynaamisen järjestelmän vapaan energian arvon määrää järjestelmän nykytila; ei historiansa perusteella. Termodynamiikassa käsitellään usein kahta vapaan energian päätyyppiä; Helmholtzin vapaata energiaa ja Gibbsin vapaata energiaa.
Helmholtzin vapaaenergia
Helmholtzin vapaa energia on energiaa, joka on käytettävissä suljetussa termodynaamisessa järjestelmässä termodynaamisen työn suorittamiseksi vakiolämpötilassa ja tilavuudessa. Tästä syystä Helmholtzin energian negatiivinen arvo osoittaa maksimityön, jonka termodynaaminen järjestelmä voi tehdä pitämällä tilavuus vakiona. Tilavuuden pitämiseksi vakiona osa koko termodynaamisesta työstä tehdään rajatyönä (järjestelmän rajan pitämiseksi sellaisena kuin se on). Helmholtzin energian yhtälö on annettu alla.
A=U – TS
Missä A on Helmholtzin vapaa energia, U on sisäenergia, T on lämpötila, joka on vakio ja S on järjestelmän entropia. Entropia on termodynaaminen suure, joka edustaa järjestelmän lämpöenergian epäkäytettävyyttä muuttaa mekaaniseksi työksi.
Kuva 01: Hermann von Helmholtz ehdotti ensimmäisenä Helmholtzin vapaan energian käsitettä
Gibbs Free Energy:
Gibbs vapauttaa energian, joka on käytettävissä suljetussa termodynaamisessa järjestelmässä termodynaamisen työn suorittamiseksi vakiolämpötilassa ja paineessa. Järjestelmän äänenvoimakkuus voi vaihdella. Vapaata energiaa merkitään G:llä. Gibbsin vapaan energian yhtälö on annettu alla.
G=H – TS
Yllä olevassa yhtälössä G on Gibbsin vapaa energia, H on järjestelmän entalpia, Y on lämpötila, joka on vakio ja S on järjestelmän entropia.
Mikä on entalpia?
Järjestelmän entalpia on termodynaaminen suure, joka vastaa järjestelmän kokonaislämpöpitoisuutta. Se on yhtä suuri kuin järjestelmän sisäinen energia plus paineen ja tilavuuden tulo. Siksi se on järjestelmän termodynaaminen ominaisuus. Entalpiayhtälö on annettu alla.
H=U + PV
Vastaavasti H on järjestelmän entalpia, U on järjestelmän sisäenergia, P on paine ja V on tilavuus. Järjestelmän entalpia on osoitus järjestelmän kyvystä vapauttaa lämpöä (tehdä ei-mekaanista työtä). Entalpia on merkitty symbolilla H.
Järjestelmän entalpian määrittäminen antaa meille mahdollisuuden osoittaa, onko kemiallinen reaktio eksoterminen vai endoterminen. Järjestelmän entalpian muutosta voidaan käyttää määrittämään reaktioiden lämpöä ja myös ennustamaan, onko kemiallinen reaktio spontaani vai ei-spontaani.
Mikä on vapaan energian ja entalpian välinen suhde?
Gibbsin vapaa energia ja entalpia liittyvät toisiinsa seuraavan yhtälön kautta.
G=H – TS
Yllä olevassa yhtälössä G on Gibbsin vapaa energia, H on järjestelmän entalpia, Y on lämpötila, joka on vakio ja S on järjestelmän entropia. Sekä G:llä että H:lla on samat mittayksiköt.
Mitä eroa on vapaalla energialla ja entalpialla?
Ilmainen energia vs entalpia |
|
| Vapaa energia on termodynaamisen järjestelmän käytettävissä oleva energiamäärä termodynaamisen työn suorittamiseen. | Järjestelmän entalpia on termodynaaminen suure, joka vastaa järjestelmän kokonaislämpöpitoisuutta. |
| Konsepti | |
| Vapaa energia antaa termodynaamisen työn suorittamiseen käytettävissä olevan kokonaisenergian. | Entalpia antaa järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi. |
| Konversio | |
| Vapaa energia antaa energiaa, joka voidaan muuntaa järjestelmän mekaaniseksi työksi. | Entalpia antaa energian, joka voidaan muuntaa järjestelmän ei-mekaaniseksi työksi. |
Yhteenveto – vapaa energia vs entalpia
Termodynaamisen järjestelmän vapaa energia ja entalpia edustavat energiaa, joka on saatavilla järjestelmässä. avainero vapaan energian ja entalpian välillä on se, että vapaa energia antaa termodynaamisen työn suorittamiseen käytettävissä olevan kokonaisenergian, kun taas entalpia antaa järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi.
