Kluczowa różnica – wolna energia kontra entalpia
Swobodna energia i entalpia to dwa terminy termodynamiczne używane do wyjaśnienia związku między energią cieplną a reakcjami chemicznymi zachodzącymi w układzie termodynamicznym. Energia swobodna lub swobodna energia termodynamiczna to ilość pracy, jaką może wykonać układ termodynamiczny. Innymi słowy, energia swobodna to ilość energii, która jest dostępna w tym układzie termodynamicznym do wykonania pracy termodynamicznej. Z drugiej strony entalpia jest wielkością termodynamiczną, która reprezentuje całkowitą zawartość energii w układzie termodynamicznym. Kluczowa różnica między energią swobodną a entalpią polega na tym, że energia swobodna daje całkowitą energię dostępną do wykonania pracy termodynamicznej, podczas gdy entalpia daje całkowitą energię układu termodynamicznego, który można przekształcić w ciepło.
Co to jest darmowa energia?
Swobodna energia to ilość energii dostępna dla systemu termodynamicznego do wykonania pracy termodynamicznej. Energia swobodna ma wymiary energii. Wartość energii swobodnej układu termodynamicznego jest określona przez obecny stan układu; nie przez jego historię. W termodynamice często omawia się dwa główne rodzaje energii swobodnej; Energia swobodna Helmholtza i energia swobodna Gibbsa.
Darmowa energia Helmholtza
Swobodna energia Helmholtza to energia dostępna w zamkniętym systemie termodynamicznym do wykonywania pracy termodynamicznej w stałej temperaturze i objętości. Stąd ujemna wartość energii Helmholtza wskazuje maksymalną pracę, jaką może wykonać układ termodynamiczny, utrzymując stałą objętość. Aby utrzymać stałą objętość, część całkowitej pracy termodynamicznej jest wykonywana jako praca graniczna (aby utrzymać granicę układu taką, jaka jest). Poniżej podano równanie energii Helmholtza.
A=U – TS
Gdzie A jest energią swobodną Helmholtza, U jest energią wewnętrzną, T jest temperaturą, która jest stałą, a S jest entropią układu. Entropia to wielkość termodynamiczna reprezentująca niedostępność energii cieplnej systemu do przekształcenia w pracę mechaniczną.
Rysunek 01: Hermann von Helmholtz jako pierwszy zaproponował koncepcję swobodnej energii Helmholtza
Darmowa energia Gibbsa:
Swobodna energia Gibbsa energia dostępna w zamkniętym systemie termodynamicznym do wykonywania pracy termodynamicznej w stałej temperaturze i ciśnieniu. Głośność systemu może się różnić. Energia swobodna jest oznaczona przez G. Równanie na energię swobodną Gibbsa podano poniżej.
G=H – TS
W powyższym równaniu G to energia swobodna Gibbsa, H to entalpia układu, Y to temperatura, która jest stałą, a S to entropia układu.
Co to jest entalpia?
Entalpia systemu jest wielkością termodynamiczną równoważną całkowitej zawartości ciepła w systemie. Jest równa energii wewnętrznej układu plus iloczyn ciśnienia i objętości. Dlatego jest termodynamiczną właściwością systemu. Równanie entalpii podano poniżej.
H=U + PV
W związku z tym H to entalpia układu, U to energia wewnętrzna układu, P to ciśnienie, a V to objętość. Entalpia systemu jest wskaźnikiem zdolności tego systemu do uwalniania ciepła (do wykonywania prac niemechanicznych). Entalpia jest oznaczona symbolem H.
Określenie entalpii systemu pozwala nam wskazać, czy reakcja chemiczna jest egzotermiczna czy endotermiczna. Zmiana entalpii systemu może być wykorzystana do określenia ciepła reakcji, a także do przewidzenia, czy reakcja chemiczna jest spontaniczna czy niespontaniczna.
Jaki jest związek między wolną energią a entalpią?
Swobodna energia Gibbsa i entalpia są powiązane następującym równaniem.
G=H – TS
W powyższym równaniu, G to energia swobodna Gibbsa, H to entalpia układu, Y to temperatura, która jest stałą, a S to entropia układu. Zarówno G, jak i H mają te same jednostki miary.
Jaka jest różnica między wolną energią a entalpią?
Darmowa energia kontra entalpia |
|
| Swobodna energia to ilość energii dostępna dla systemu termodynamicznego do wykonania pracy termodynamicznej. | Entalpia systemu jest wielkością termodynamiczną równoważną całkowitej zawartości ciepła w systemie. |
| Koncepcja | |
| Darmowa energia daje całkowitą energię dostępną do wykonania pracy termodynamicznej. | Entalpia daje całkowitą energię systemu, którą można przekształcić w ciepło. |
| Konwersja | |
| Darmowa energia daje energię, którą można zamienić na pracę mechaniczną systemu. | Entalpia daje energię, którą można przekształcić w niemechaniczną pracę systemu. |
Podsumowanie – Darmowa energia kontra entalpia
Swobodna energia i entalpia systemu termodynamicznego reprezentują energię dostępną w systemie. Kluczowa różnica między energią swobodną a entalpią polega na tym, że energia swobodna daje całkowitą energię dostępną do wykonania pracy termodynamicznej, podczas gdy entalpia daje całkowitą energię systemu, który można przekształcić w ciepło.
