Nøkkelforskjell – gratis energi vs entalpi
Fri energi og entalpi er to termodynamiske termer som brukes for å forklare forholdet mellom varmeenergi og kjemiske reaksjoner som oppstår i et termodynamisk system. Fri energi eller termodynamisk fri energi er mengden arbeid som et termodynamisk system kan utføre. Med andre ord er fri energi mengden energi som er tilgjengelig i det termodynamiske systemet for å utføre termodynamisk arbeid. Entalpi, derimot, er en termodynamisk mengde som representerer det totale energiinnholdet i et termodynamisk system. Nøkkelforskjellen mellom fri energi og entalpi er at fri energi gir den totale energien som er tilgjengelig for å utføre termodynamisk arbeid, mens entalpi gir den totale energien til et termodynamisk system som kan konverteres til varme.
Hva er gratis energi?
Fri energi er mengden energi som er tilgjengelig for et termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid. Fri energi har dimensjonene energi. Verdien av den frie energien til et termodynamisk system bestemmes av systemets nåværende tilstand; ikke av sin historie. Det er to hovedtyper av fri energi som ofte diskuteres i termodynamikk; Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi.
Helmholtz Free Energy
Den Helmholtz frie energien er energien som er tilgjengelig i et lukket, termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid ved konstant temperatur og volum. Derfor indikerer den negative verdien av Helmholtz-energi det maksimale arbeidet som et termodynamisk system kan utføre ved å holde volumet konstant. For å holde volumet konstant gjøres noe av det totale termodynamiske arbeidet som grensearbeid (for å holde systemets grense slik den er). Ligningen for Helmholtz energi er gitt nedenfor.
A=U – TS
Hvor A er Helmholtz frie energi, U er indre energi, T er en temperatur, som er en konstant og S er entropien til systemet. Entropi er en termodynamisk størrelse som representerer utilgjengeligheten til et systems termiske energi for konvertering til mekanisk arbeid.
Figur 01: Hermann von Helmholtz var den første som foreslo konseptet Helmholtz gratis energi
Gibbs Free Energy:
Gibbs frie energi den energien som er tilgjengelig i et lukket, termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid ved konstant temperatur og trykk. Volumet på systemet kan variere. Fri energi er betegnet med G. Ligningen for Gibbs frie energi er gitt nedenfor.
G=H – TS
I ligningen ovenfor er G Gibbs frie energi, H er entalpien til systemet, Y er temperaturen, som er en konstant og S er entropien til systemet.
Hva er entalpi?
Entalpi av et system er en termodynamisk mengde som tilsvarer det totale varmeinnholdet i et system. Det er lik den indre energien til systemet pluss produktet av trykk og volum. Derfor er det en termodynamisk egenskap ved et system. Entalpiligningen er gitt nedenfor.
H=U + PV
Følgelig er H entalpien til systemet, U er den indre energien til systemet, P er trykket og V er volumet. Entalpien til et system er indikasjonen på systemets kapasitet til å frigjøre varme (for å utføre ikke-mekanisk arbeid). Entalpien er angitt med symbolet H.
Å bestemme entalpien til et system lar oss indikere om en kjemisk reaksjon er eksoterm eller endoterm. Endringen i entalpien til et system kan brukes til å bestemme reaksjonsvarmen og også til å forutsi om en kjemisk reaksjon er spontan eller ikke-spontan.
Hva er forholdet mellom fri energi og entalpi?
Gibbs frie energi og entalpi er relatert gjennom følgende ligning.
G=H – TS
I ligningen ovenfor er G Gibbs frie energi, H er entalpien til systemet, Y er temperaturen, som er en konstant og S er entropien til systemet. Både G og H har samme måleenheter.
Hva er forskjellen mellom fri energi og entalpi?
Gratis energi vs entalpi |
|
| Gratis energi er mengden energi som er tilgjengelig for et termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid. | Entalpi av et system er en termodynamisk mengde som tilsvarer det totale varmeinnholdet i et system. |
| Konsept | |
| Gratis energi gir den totale energien som er tilgjengelig for å utføre termodynamisk arbeid. | Enthalpi gir den totale energien til et system som kan konverteres til varme. |
| Conversion | |
| Fri energi gir energien som kan omdannes til mekanisk arbeid av systemet. | Enthalpi gir energien som kan omdannes til ikke-mekanisk arbeid av systemet. |
Sammendrag – gratis energi vs entalpi
Fri energi og entalpi i et termodynamisk system representerer energi som er tilgjengelig i et system. Hovedforskjellen mellom fri energi og entalpi er at fri energi gir den totale energien som er tilgjengelig for å utføre termodynamisk arbeid, mens entalpi gir den totale energien til et system som kan omdannes til varme.
