Ключова разлика – свободна енергия срещу енталпия
Свободната енергия и енталпията са два термодинамични термина, използвани за обяснение на връзката между топлинната енергия и химичните реакции, протичащи в една термодинамична система. Свободната енергия или термодинамичната свободна енергия е количеството работа, което една термодинамична система може да извърши. С други думи, свободната енергия е количеството енергия, което е налично в тази термодинамична система за извършване на термодинамична работа. Енталпията, от друга страна, е термодинамично количество, което представлява общото енергийно съдържание в една термодинамична система. Ключовата разлика между свободната енергия и енталпията е, че свободната енергия дава общата налична енергия за извършване на термодинамична работа, докато енталпията дава общата енергия на термодинамична система, която може да се преобразува в топлина.
Какво е безплатна енергия?
Свободната енергия е количеството енергия, налично за една термодинамична система за извършване на термодинамична работа. Безплатната енергия има измеренията на енергия. Стойността на свободната енергия на една термодинамична система се определя от настоящото състояние на системата; не по своята история. Има два основни вида свободна енергия, често обсъждани в термодинамиката; Свободна енергия на Хелмхолц и свободна енергия на Гибс.
Безплатна енергия на Хелмхолц
Свободната енергия на Хелмхолц е енергията, която е налична в затворена, термодинамична система за извършване на термодинамична работа при постоянна температура и обем. Следователно, отрицателната стойност на енергията на Хелмхолц показва максималната работа, която една термодинамична система може да извърши, като поддържа обема си постоянен. За да се поддържа обемът постоянен, част от общата термодинамична работа се извършва като гранична работа (за да се запази границата на системата такава, каквато е). Уравнението на енергията на Хелмхолц е дадено по-долу.
A=U – TS
Където A е свободната енергия на Хелмхолц, U е вътрешната енергия, T е температура, която е константа, а S е ентропията на системата. Ентропията е термодинамична величина, представяща липсата на топлинна енергия на системата за преобразуване в механична работа.
Фигура 01: Херман фон Хелмхолц е първият, който предлага концепцията за свободната енергия на Хелмхолц
Безплатна енергия на Гибс:
Свободната енергия на Гибс енергията, която е налична в затворена термодинамична система за извършване на термодинамична работа при постоянна температура и налягане. Обемът на системата може да варира. Свободната енергия се означава с G. Уравнението на свободната енергия на Гибс е дадено по-долу.
G=H – TS
В горното уравнение G е свободната енергия на Гибс, H е енталпията на системата, Y е температурата, която е константа и S е ентропията на системата.
Какво е енталпия?
Енталпията на система е термодинамична величина, еквивалентна на общото топлинно съдържание на системата. Тя е равна на вътрешната енергия на системата плюс произведението на налягането и обема. Следователно това е термодинамично свойство на система. Уравнението на енталпията е дадено по-долу.
H=U + PV
Съответно, H е енталпията на системата, U е вътрешната енергия на системата, P е налягането и V е обемът. Енталпията на една система е индикацията за способността на тази система да отделя топлина (да извършва немеханична работа). Енталпията се обозначава със символа H.
Определянето на енталпията на система ни позволява да посочим дали химичната реакция е екзотермична или ендотермична. Промяната в енталпията на дадена система може да се използва за определяне на топлината на реакциите, а също и за прогнозиране дали химичната реакция е спонтанна или неспонтанна.
Каква е връзката между свободната енергия и енталпията?
Свободната енергия на Гибс и енталпията са свързани чрез следното уравнение.
G=H – TS
В горното уравнение G е свободната енергия на Гибс, H е енталпията на системата, Y е температурата, която е константа и S е ентропията на системата. И G, и H имат еднакви мерни единици.
Каква е разликата между свободната енергия и енталпията?
Свободна енергия срещу енталпия |
|
| Свободната енергия е количеството енергия, налично за една термодинамична система за извършване на термодинамична работа. | Енталпията на система е термодинамична величина, еквивалентна на общото топлинно съдържание на системата. |
| Концепция | |
| Безплатната енергия дава общата налична енергия за извършване на термодинамична работа. | Енталпията дава общата енергия на система, която може да се преобразува в топлина. |
| Конверсия | |
| Свободната енергия дава енергията, която може да се преобразува в механична работа на системата. | Енталпията дава енергията, която може да се преобразува в немеханична работа на системата. |
Обобщение – Свободна енергия срещу енталпия
Свободната енергия и енталпията на термодинамична система представляват енергията, която е налична в системата. Ключовата разлика между свободната енергия и енталпията е, че свободната енергия дава общата налична енергия за извършване на термодинамична работа, докато енталпията дава общата енергия на система, която може да се преобразува в топлина.
