Nøgleforskel – fri energi vs entalpi
Fri energi og entalpi er to termodynamiske termer, 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 mængden af energi, der er tilgængelig i det termodynamiske system til at udføre termodynamisk arbejde. Entalpi er på den anden side en termodynamisk størrelse, der repræsenterer det samlede energiindhold i et termodynamisk system. Den vigtigste forskel mellem fri energi og entalpi er, at fri energi giver den samlede energi, der er tilgængelig til at udføre termodynamisk arbejde, mens entalpi giver den samlede energi af et termodynamisk system, der kan omdannes til varme.
Hvad er gratis energi?
Fri energi er den mængde energi, der er tilgængelig for et termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde. Fri energi har dimensioner af energi. Værdien af den frie energi i et termodynamisk system bestemmes af systemets nuværende tilstand; ikke af dens historie. Der er to hovedtyper af fri energi, der ofte diskuteres i termodynamik; Helmholtz fri energi og Gibbs fri energi.
Helmholtz Free Energy
Den Helmholtz frie energi er den energi, der er tilgængelig i et lukket, termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde ved konstant temperatur og volumen. Derfor indikerer den negative værdi af Helmholtz energi det maksimale arbejde, som et termodynamisk system kan udføre ved at holde dets volumen konstant. For at holde volumen konstant udføres noget af det samlede termodynamiske arbejde som grænsearbejde (for at holde systemets grænse som den er). Ligningen for Helmholtz energi er givet nedenfor.
A=U – TS
Hvor A er den frie Helmholtz-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, der foreslog konceptet Helmholtz fri energi
Gibbs Free Energy:
Gibbs frie energi den energi, der er tilgængelig i et lukket, termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde ved konstant temperatur og tryk. Systemets volumen kan variere. Fri energi er angivet med G. Ligningen for Gibbs fri energi er givet nedenfor.
G=H – TS
I ovenstående ligning er G Gibbs frie energi, H er systemets entalpi, Y er temperaturen, som er en konstant, og S er systemets entropi.
Hvad er entalpi?
Entalpi af et system er en termodynamisk størrelse svarende til det samlede varmeindhold i et system. Det er lig med systemets indre energi plus produktet af tryk og volumen. Derfor er det en termodynamisk egenskab ved et system. Entalpiligningen er givet nedenfor.
H=U + PV
H er følgelig systemets entalpi, U er systemets indre energi, P er trykket og V er volumenet. Et systems entalpi er indikationen af systemets evne til at frigive varme (at udføre ikke-mekanisk arbejde). Entalpien er angivet med symbolet H.
Bestemmelse af entalpien af et system giver os mulighed for at angive, om en kemisk reaktion er eksoterm eller endoterm. Ændringen i et systems 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 frie energi og entalpi er relateret gennem følgende ligning.
G=H – TS
I ovenstående ligning er G Gibbs frie energi, H er systemets entalpi, Y er temperaturen, som er en 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 tilgængelig for et termodynamisk system til at udføre termodynamisk arbejde. | Entalpi af et system er en termodynamisk størrelse svarende til det samlede varmeindhold i et system. |
| Koncept | |
| Fri energi giver den samlede energi, der er tilgængelig til at udføre termodynamisk arbejde. | Enthalpi giver den samlede energi i et system, der kan omdannes til varme. |
| Konvertering | |
| Fri energi giver den energi, der kan omdannes til mekanisk arbejde i systemet. | Enthalpi giver den energi, der kan omdannes til ikke-mekanisk arbejde i systemet. |
Opsummering – Gratis energi vs entalpi
Fri energi og entalpi i et termodynamisk system repræsenterer energi, der er tilgængelig i et system. Den vigtigste forskel mellem fri energi og entalpi er, at fri energi giver den samlede energi, der er tilgængelig til at udføre termodynamisk arbejde, mens entalpi giver den samlede energi af et system, der kan omdannes til varme.
