Pagrindinis skirtumas – nemokama energija ir entalpija
Laisva energija ir entalpija yra du termodinaminiai terminai, naudojami paaiškinti ryšį tarp šilumos energijos ir cheminių reakcijų, vykstančių termodinaminėje sistemoje. Laisvoji energija arba termodinaminė laisvoji energija – tai darbo kiekis, kurį gali atlikti termodinaminė sistema. Kitaip tariant, laisva energija yra energijos kiekis, kuris yra toje termodinaminėje sistemoje termodinaminiam darbui atlikti. Kita vertus, entalpija yra termodinaminis dydis, atspindintis bendrą energijos kiekį termodinaminėje sistemoje. Pagrindinis skirtumas tarp laisvosios energijos ir entalpijos yra tas, kad laisva energija suteikia visą energiją, skirtą termodinaminiam darbui atlikti, o entalpija suteikia bendrą termodinaminės sistemos energiją, kurią galima paversti šiluma.
Kas yra laisva energija?
Laisva energija – tai energijos kiekis, kurį termodinaminė sistema gali atlikti termodinaminiam darbui. Laisva energija turi energijos matmenis. Termodinaminės sistemos laisvosios energijos vertę lemia esama sistemos būsena; ne pagal savo istoriją. Termodinamikoje dažnai aptariami du pagrindiniai laisvosios energijos tipai; Helmholtzo laisva energija ir Gibbso energija.
Helmholtz Free Energy
Helmholco laisvoji energija yra energija, kurią galima gauti uždaroje termodinaminėje sistemoje termodinaminiam darbui atlikti esant pastoviai temperatūrai ir tūriui. Taigi neigiama Helmholtzo energijos vertė rodo maksimalų darbą, kurį termodinaminė sistema gali atlikti palaikydama pastovų tūrį. Siekiant išlaikyti pastovų tūrį, dalis viso termodinaminio darbo atliekama kaip ribinis darbas (kad sistemos riba būtų tokia, kokia ji yra). Helmholco energijos lygtis pateikta žemiau.
A=U – TS
Kur A yra laisvoji Helmholco energija, U yra vidinė energija, T yra temperatūra, kuri yra pastovi, o S yra sistemos entropija. Entropija yra termodinaminis dydis, nurodantis sistemos šiluminės energijos nepasiekiamumą paversti mechaniniu darbu.
01 pav. Hermannas von Helmholtzas pirmasis pasiūlė Helmholtzo laisvosios energijos koncepciją
Gibbs Free Energy:
Gibbsas naudoja energiją, kuri yra prieinama uždaroje termodinaminėje sistemoje termodinaminiam darbui atlikti esant pastoviai temperatūrai ir slėgiui. Sistemos tūris gali skirtis. Laisvoji energija žymima G. Gibso laisvosios energijos lygtis pateikta žemiau.
G=H – TS
Aukščiau pateiktoje lygtyje G yra laisvoji Gibso energija, H yra sistemos entalpija, Y yra temperatūra, kuri yra pastovi, o S yra sistemos entropija.
Kas yra entalpija?
Sistemos entalpija yra termodinaminis dydis, atitinkantis bendrą sistemos šilumos kiekį. Jis lygus vidinei sistemos energijai, pridėjus slėgio ir tūrio sandaugai. Todėl tai yra termodinaminė sistemos savybė. Žemiau pateikta entalpijos lygtis.
H=U + PV
Atitinkamai, H yra sistemos entalpija, U yra sistemos vidinė energija, P yra slėgis ir V yra tūris. Sistemos entalpija yra tos sistemos gebėjimo išskirti šilumą (atlikti nemechaninį darbą) rodiklis. Entalpija žymima simboliu H.
Sistemos entalpijos nustatymas leidžia nurodyti, ar cheminė reakcija yra egzoterminė ar endoterminė. Sistemos entalpijos pokytis gali būti naudojamas norint nustatyti reakcijų šilumą ir numatyti, ar cheminė reakcija yra spontaniška, ar ne savaime.
Koks yra ryšys tarp laisvos energijos ir entalpijos?
Gibso laisva energija ir entalpija yra susijusios per šią lygtį.
G=H – TS
Aukščiau pateiktoje lygtyje G yra laisvoji Gibso energija, H yra sistemos entalpija, Y yra temperatūra, kuri yra pastovi, o S yra sistemos entropija. Ir G, ir H turi tuos pačius matavimo vienetus.
Kuo skiriasi laisva energija nuo entalpijos?
Laisva energija vs entalpija |
|
| Laisva energija – tai energijos kiekis, kurį termodinaminė sistema gali atlikti termodinaminiam darbui. | Sistemos entalpija yra termodinaminis dydis, atitinkantis bendrą sistemos šilumos kiekį. |
| Koncepcija | |
| Laisva energija suteikia bendrą energiją, skirtą termodinaminiam darbui atlikti. | Entalpija parodo bendrą sistemos energiją, kurią galima paversti šiluma. |
| Konversija | |
| Laisva energija suteikia energiją, kurią galima paversti mechaniniu sistemos darbu. | Entalpija suteikia energiją, kurią galima paversti ne mechaniniu sistemos darbu. |
Santrauka – nemokama energija prieš entalpiją
Laisva energija ir termodinaminės sistemos entalpija reiškia energiją, kuri yra sistemoje. Pagrindinis skirtumas tarp laisvosios energijos ir entalpijos yra tas, kad laisvoji energija suteikia bendrą energiją, skirtą termodinaminiam darbui atlikti, o entalpija – bendrą sistemos energiją, kurią galima paversti šiluma.
