Nøgleforskel - Fri energi vs entalpi
Fri energi og entalpi er to termodynamiske udtryk, der bruges til at forklare forholdet mellem varmeenergi og kemiske reaktioner, der forekommer i et termodynamisk system. Fri energi eller termodynamisk fri energi er den mængde arbejde, som et termodynamisk system kan udføre. Med andre ord er fri energi den mængde energi, der er tilgængelig i det termodynamiske system til at udføre termodynamisk arbejde. Enthalpy er derimod en termodynamisk størrelse, der repræsenterer det samlede energiindhold i et termodynamisk system. Hovedforskellen mellem fri energi og entalpi er, at fri energi giver den samlede tilgængelige energi til at udføre termodynamisk arbejde, mens entalpi giver den samlede energi af et termodynamisk system, der kan konverteres til varme.
INDHOLD
1. Oversigt og nøgleforskel
2. Hvad er fri energi
3. Hvad er entalpi
4. Forholdet mellem fri energi og entalpi
5. Sammenligning side om side - Fri energi vs entalpi i tabelform
6. Resumé
Hvad er fri energi?
Fri energi er den mængde energi, der er til rådighed for et termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde. Fri energi har dimensionerne af energi. Værdien af et termodynamisk systems frie energi bestemmes af systemets nuværende tilstand; ikke efter dets historie. Der er to hovedtyper af fri energi, der ofte diskuteres i termodynamikken; Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi.
Helmholtz fri energi
Helmholtz fri energi er den energi, der er tilgængelig i et lukket, termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde ved konstant temperatur og volumen. Derfor angiver den negative værdi af Helmholtz-energi det maksimale arbejde, som et termodynamisk system kan udføre ved at holde dets volumen konstant. For at holde lydstyrken konstant udføres noget af det samlede termodynamiske arbejde som grænsearbejde (for at holde systemets grænse, som den er). Ligningen af Helmholtz energi er angivet nedenfor.
A = U - TS
Hvor A er Helmholtz-fri energi, U er den indre energi, T er en temperatur, som er en konstant, og S er systemets entropi. Entropi er en termodynamisk størrelse, der repræsenterer utilgængeligheden af et systems termiske energi til omdannelse til mekanisk arbejde.
Figur 01: Hermann von Helmholtz var den første til at foreslå begrebet Helmholtz fri energi
Gibbs fri energi:
Gibbs frigør energi den energi, der er tilgængelig i et lukket, termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde ved konstant temperatur og tryk. Systemets lydstyrke kan variere. Gratis energi er betegnet med G. Ligningen af Gibbs fri energi er angivet nedenfor.
G = H - TS
I ovenstående ligning er G Gibbs fri energi, H er systemets entalpi, Y er temperaturen, som er konstant, og S er systemets entropi.
Hvad er entalpi?
Enthalpi af et system er en termodynamisk mængde svarende til det samlede varmeindhold i et system. Det er lig med systemets interne energi plus produktet af tryk og volumen. Derfor er det en termodynamisk egenskab ved et system. Ligningen af entalpi er angivet nedenfor.
H = U + PV
Følgelig er H systemets entalpi, U er systemets indre energi, P er trykket, og V er lydstyrken. Enthalpi af et system er en indikation af, at systemets kapacitet til at frigive varme (til at udføre ikke-mekanisk arbejde). Entalpien er betegnet med symbolet H.
Bestemmelse af systemets entalpi giver os mulighed for at indikere, om en kemisk reaktion er eksoterm eller endoterm. Ændringen i systemets entalpi kan bruges til at bestemme reaktionsvarmen og også til at forudsige, om en kemisk reaktion er spontan eller ikke-spontan.
Hvad er forholdet mellem fri energi og entalpi?
Gibbs fri energi og entalpi er relateret gennem følgende ligning.
G = H - TS
I ovenstående ligning er G Gibbs fri energi, H er systemets entalpi, Y er temperaturen, som er konstant, og S er systemets entropi. Både G og H har de samme måleenheder.
Hvad er forskellen mellem fri energi og entalpi?
Gratis energi vs entalpi |
|
| Fri energi er den mængde energi, der er til rådighed for et termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde. | Enthalpi af et system er en termodynamisk mængde svarende til det samlede varmeindhold i et system. |
| Koncept | |
| Gratis energi giver den samlede tilgængelige energi til at udføre termodynamisk arbejde. | Enthalpy giver den samlede energi i et system, der kan konverteres til varme. |
| Konvertering | |
| Gratis energi giver den energi, der kan konverteres til systemets mekaniske arbejde. | Enthalpy giver den energi, der kan konverteres til ikke-mekanisk arbejde i systemet. |
Resumé - Fri energi vs entalpi
Fri energi og entalpi af et termodynamisk system repræsenterer energi, der er tilgængelig i et system. Hovedforskellen mellem fri energi og entalpi er, at fri energi giver den samlede tilgængelige energi til at udføre termodynamisk arbejde, mens entalpi giver den samlede energi i et system, der kan omdannes til varme.
