Nøkkelforskjell - Fri 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. Enthalpy er derimot en termodynamisk størrelse som representerer det totale energiinnholdet i et termodynamisk 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 termodynamisk system som kan omdannes til varme.
INNHOLD
1. Oversikt og nøkkelforskjell
2. Hva er fri energi
3. Hva er entalpi
4. Forholdet mellom fri energi og entalpi
5. Sammenligning side om side - Fri energi mot entalpi i tabellform
6. Sammendrag
Hva er fri energi?
Fri energi er mengden energi tilgjengelig for et termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid. Fri energi har dimensjonene til energi. Verdien av den frie energien til et termodynamisk system bestemmes av systemets nåværende tilstand; ikke av historien. Det er to hovedtyper av fri energi som ofte diskuteres i termodynamikken; Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi.
Helmholtz fri energi
Helmholtz fri energi 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 det er). Ligningen av Helmholtz energi er gitt nedenfor.
A = U - TS
Der A er Helmholtz-fri energi, U er den indre energien, T er en temperatur, som er en konstant og S er systemets entropi. Entropi er en termodynamisk størrelse som representerer utilgjengeligheten av et systems termiske energi for konvertering til mekanisk arbeid.
Figur 01: Hermann von Helmholtz var den første til å foreslå konseptet med Helmholtz fri energi
Gibbs Free Energy:
Gibbs frigjør 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 av Gibbs fri energi er gitt nedenfor.
G = H - TS
I ovenstående ligning er G Gibbs fri energi, H er entalpi av systemet, Y er temperaturen, som er en konstant og S er entropien til systemet.
Hva er Enthalpy?
Enthalpi av et system er en termodynamisk mengde som tilsvarer det totale varmeinnholdet i et system. Det er lik den interne energien i systemet pluss produktet av trykk og volum. Derfor er det en termodynamisk egenskap til et system. Ligningen av entalpi er gitt nedenfor.
H = U + PV
Følgelig er H entalpi av systemet, U er systemets indre energi, P er trykket og V er volumet. Entalpien til et system er en indikasjon på systemets kapasitet til å frigjøre varme (til å gjøre ikke-mekanisk arbeid). Entalpien er betegnet med symbolet H.
Å bestemme entalpi av et system lar oss indikere om en kjemisk reaksjon er eksoterm eller endoterm. Endringen i entalpi i et system kan brukes til å bestemme reaksjonsvarmen og også for 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 ovenstående ligning er G Gibbs fri energi, H er entalpi av 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 |
|
| Fri energi er mengden energi tilgjengelig for et termodynamisk system for å utføre termodynamisk arbeid. | Enthalpi av et system er en termodynamisk mengde som tilsvarer det totale varmeinnholdet i et system. |
| Konsept | |
| Gratis energi gir den totale tilgjengelige energien for å utføre termodynamisk arbeid. | Enthalpy gir den totale energien til et system som kan konverteres til varme. |
| Omdannelse | |
| Fri energi gir energien som kan konverteres til mekanisk arbeid i systemet. | Enthalpy gir energien som kan konverteres til ikke-mekanisk arbeid i systemet. |
Sammendrag - Free Energy vs Enthalpy
Fri energi og entalpi av 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.
