Tärkein ero - vapaa energia vs. entalpia
Vapaa energia ja entalpia ovat kaksi termodynaamista termiä, joita käytetään selittämään lämpöenergian ja kemiallisten reaktioiden välistä suhdetta termodynaamisessa järjestelmässä. 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 suorittamiseksi. Toisaalta entalpia on termodynaaminen määrä, joka edustaa termodynaamisen järjestelmän kokonaisenergiasisältöä. Keskeinen ero vapaan energian ja entalpian välillä on se, että vapaa energia antaa kokonaisenergian, joka on käytettävissä termodynaamisen työn suorittamiseen, kun taas entalpia antaa termodynaamisen järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi.
SISÄLLYS
1. Yleiskatsaus ja tärkein ero
2. Mikä on vapaa energia
3. Mikä on entalpia
4. Vapaan energian ja entalpian suhde
5. Rinnakkain vertailu - vapaa energia vs. entalpia taulukkomuodossa
6. Yhteenveto
Mikä on vapaa energia?
Vapaa energia on termodynaamisen järjestelmän käytettävissä oleva energiamäärä termodynaamisen työn suorittamiseksi. Vapaalla energialla on energian mitat. Termodynaamisen järjestelmän vapaan energian arvo määräytyy järjestelmän nykyisen tilan mukaan; ei sen historian perusteella. Termodynamiikassa keskustellaan usein kahdesta vapaan energian tyypistä; Helmholtzin vapaa energia ja Gibbsin vapaa energia.
Helmholtzin vapaa energia
Helmholtzin vapaa energia on energia, joka on käytettävissä suljetussa, termodynaamisessa järjestelmässä termodynaamisen työn suorittamiseksi vakiolämpötilassa ja -tilavuudessa. Näin ollen Helmholtz-energian negatiivinen arvo osoittaa maksimaalisen työn, jonka termodynaaminen järjestelmä voi suorittaa pitämällä tilavuutensa vakiona. Äänenvoimakkuuden pitämiseksi vakiona osa koko termodynaamisesta työstä tehdään rajatyönä (järjestelmän järjestelmän pitämiseksi sellaisenaan). Helmholtz-energian yhtälö on annettu alla.
A = U - TS
Missä A on Helmholtzin vapaa energia, U on sisäinen energia, T on lämpötila, joka on vakio ja S on järjestelmän entropia. Entropia on termodynaaminen määrä, joka edustaa järjestelmän lämpöenergian puuttumista muuntamiseksi mekaaniseksi työksi.
Kuva 01: Hermann von Helmholtz ehdotti ensimmäisenä Helmholtzin vapaan energian käsitettä
Gibbsin vapaa energia:
Gibbs vapauttaa energian, joka on käytettävissä suljetussa, termodynaamisessa järjestelmässä termodynaamisen työn suorittamiseksi vakiolämpötilassa ja paineessa. Järjestelmän äänenvoimakkuus voi vaihdella. Vapaata energiaa merkitään G. Gibbsin vapaan energian yhtälö on annettu alla.
G = H - TS
Edellä 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 määrä, joka vastaa järjestelmän kokonaislämpöpitoisuutta. Se on yhtä suuri kuin järjestelmän sisäinen energia plus paineen ja tilavuuden tulo. Siksi se on järjestelmän termodynaaminen ominaisuus. Entalpian yhtälö on annettu alla.
H = U + PV
Näin ollen H on järjestelmän entalpia, U on järjestelmän sisäinen energia, P on paine ja V on tilavuus. Järjestelmän entalpia on osoitus järjestelmän kyvystä vapauttaa lämpöä (tehdä ei-mekaanista työtä). Entalpiaa merkitään symbolilla H.
Järjestelmän entalpian määrittäminen antaa meille mahdollisuuden osoittaa, onko kemiallinen reaktio eksoterminen vai endoterminen. Järjestelmän entalpian muutosta voidaan käyttää reaktiolämmön määrittämiseen ja myös ennustamaan, onko kemiallinen reaktio spontaani vai ei-spontaani.
Mikä on vapaan energian ja entalpian suhde?
Gibbsin vapaa energia ja entalpia liittyvät toisiinsa seuraavan yhtälön avulla.
G = H - TS
Edellä 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: llä on samat mittayksiköt.
Mikä on vapaan energian ja entalpian ero?
Vapaa energia vs. entalpia |
|
| Vapaa energia on termodynaamisen järjestelmän käytettävissä oleva energiamäärä termodynaamisen työn suorittamiseksi. | Järjestelmän entalpia on termodynaaminen määrä, joka vastaa järjestelmän kokonaislämpöpitoisuutta. |
| Konsepti | |
| Vapaa energia antaa kaiken käytettävissä olevan energian termodynaamisen työn suorittamiseen. | Entalpia antaa järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi. |
| Muuntaminen | |
| Vapaa energia antaa energian, 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 järjestelmässä saatavilla olevaa energiaa. Keskeinen ero vapaan energian ja entalpian välillä on se, että vapaa energia antaa kaiken käytettävissä olevan energian termodynaamisen työn suorittamiseen, kun taas entalpia antaa järjestelmän kokonaisenergian, joka voidaan muuntaa lämmöksi.
