Peamine erinevus - vaba energia vs entalpia
Vaba energia ja entalpia on kaks termodünaamilist terminit, mida kasutatakse termodünaamilises süsteemis toimuvate soojusenergia ja keemiliste reaktsioonide vahelise seose selgitamiseks. Vaba energia ehk termodünaamiline vaba energia on töö maht, mida termodünaamiline süsteem suudab teha. Teisisõnu, vaba energia on energiahulk, mis on selles termodünaamilises süsteemis termodünaamilise töö tegemiseks saadaval. Entalpia on seevastu termodünaamiline suurus, mis tähistab kogu energiasisaldust termodünaamilises süsteemis. Peamine erinevus vaba energia ja entalpia vahel seisneb selles, et vaba energia annab kogu termodünaamilise töö tegemiseks saadaval oleva energia, entalpia aga kogu soojuseks muundatava termodünaamilise süsteemi koguenergia.
SISU
1. Ülevaade ja peamine erinevus
2. Mis on vaba energia
3. Mis on entalpia
4. Vaba energia ja entalpia seos
5. Kõrvuti võrdlus - vaba energia vs entalpia tabelina
6. Kokkuvõte
Mis on vaba energia?
Vaba energia on termodünaamilise süsteemi jaoks kättesaadav energiahulk termodünaamilise töö tegemiseks. Vaba energia on energia mõõtmetega. Termodünaamilise süsteemi vaba energia väärtus määratakse süsteemi praeguse oleku järgi; mitte selle ajaloo järgi. Termodünaamikas arutatakse sageli kahte peamist vaba energia tüüpi; Helmholtzi ja Gibbsi vaba energia.
Helmholtzi vaba energia
Helmholtzi vaba energia on energia, mis on suletud termodünaamilises süsteemis saadaval termodünaamilise töö tegemiseks püsival temperatuuril ja helitugevusel. Seega näitab Helmholtzi energia negatiivne väärtus maksimaalset tööd, mida termodünaamiline süsteem saab oma mahu konstantsena hoidmisel teha. Helitugevuse püsimiseks tehakse osa kogu termodünaamilisest tööst piiritööna (süsteemi piiri hoidmiseks sellisena, nagu see on). Helmholtzi energia võrrand on toodud allpool.
A = U - TS
Kus A on Helmholtzi vaba energia, U on siseenergia, T on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia. Entroopia on termodünaamiline suurus, mis tähistab süsteemi soojusenergia kättesaamatust mehaaniliseks tööks muundamiseks.
Joonis 01: Hermann von Helmholtz pakkus esimesena välja Helmholtzi vaba energia mõiste
Gibbsi vaba energia:
Gibbs vabastab energiast energia, mis on saadaval suletud termodünaamilises süsteemis termodünaamilise töö tegemiseks konstantsel temperatuuril ja rõhul. Süsteemi maht võib varieeruda. Vaba energiat tähistatakse G. Allpool on toodud Gibbsi vaba energia võrrand.
G = H - TS
Ülaltoodud võrrandis on G Gibbsi vaba energia, H on süsteemi entalpia, Y on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia.
Mis on entalpia?
Süsteemi entalpia on termodünaamiline suurus, mis on ekvivalentne süsteemi kogu soojussisaldusega. See on võrdne süsteemi sisemise energiaga, millele lisandub rõhu ja mahu korrutis. Seetõttu on see süsteemi termodünaamiline omadus. Allpool on toodud entalpia võrrand.
H = U + PV
Vastavalt sellele on H süsteemi entalpia, U on süsteemi sisemine energia, P on rõhk ja V on maht. Süsteemi entalpia näitab selle süsteemi võimet soojust eraldada (teha mittemehaanilist tööd). Entalpiat tähistatakse sümboliga H.
Süsteemi entalpia määramine võimaldab meil näidata, kas keemiline reaktsioon on eksotermiline või endotermiline. Süsteemi entalpia muutust saab kasutada reaktsioonide kuumuse määramiseks ja ka selle ennustamiseks, kas keemiline reaktsioon on spontaanne või mitte.
Milline on vaba energia ja entalpia suhe?
Gibbsi vaba energia ja entalpia on seotud järgmise võrrandi kaudu.
G = H - TS
Ülaltoodud võrrandis on G Gibbsi vaba energia, H on süsteemi entalpia, Y on temperatuur, mis on konstant ja S on süsteemi entroopia. Nii G-l kui H-l on samad mõõtühikud.
Mis vahe on vaba energia ja entalpia vahel?
Vaba energia vs entalpia |
|
| Vaba energia on termodünaamilise süsteemi jaoks kättesaadav energiahulk termodünaamilise töö tegemiseks. | Süsteemi entalpia on termodünaamiline suurus, mis on ekvivalentne süsteemi kogu soojussisaldusega. |
| Kontseptsioon | |
| Vaba energia annab kogu termodünaamiliste tööde tegemiseks saadaval oleva energia. | Entopia annab süsteemi koguenergia, mida saab muuta soojuseks. |
| Teisendamine | |
| Vaba energia annab energia, mida saab muuta süsteemi mehaaniliseks tööks. | Entalpia annab energia, mida saab muuta süsteemi mittemehaaniliseks tööks. |
Kokkuvõte - vaba energia vs entalpia
Termodünaamilise süsteemi vaba energia ja entalpia tähistavad süsteemis saadaolevat energiat. Peamine erinevus vaba energia ja entalpia vahel on see, et vaba energia annab kogu termodünaamilise töö tegemiseks saadaval oleva energia, entalpia aga kogu süsteemi energia, mida saab soojuseks muuta.
