الفرق الرئيسي - الطاقة الحرة مقابل المحتوى الحراري
الطاقة الحرة والمحتوى الحراري هما مصطلحان ديناميكيان حراريان يستخدمان لشرح العلاقة بين الطاقة الحرارية والتفاعلات الكيميائية التي تحدث في نظام ديناميكي حراري. الطاقة الحرة أو الطاقة الحرارية الديناميكية الحرة هي مقدار العمل الذي يمكن أن يؤديه النظام الديناميكي الحراري. بمعنى آخر ، الطاقة الحرة هي كمية الطاقة المتوفرة في هذا النظام الديناميكي الحراري لأداء عمل ديناميكي حراري. المحتوى الحراري ، من ناحية أخرى ، هو كمية ديناميكية حرارية تمثل محتوى الطاقة الكلي في نظام ديناميكي حراري. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الطاقة الحرة والمحتوى الحراري في أن الطاقة الحرة تعطي إجمالي الطاقة المتاحة لأداء عمل ديناميكي حراري بينما يعطي المحتوى الحراري الطاقة الإجمالية لنظام ديناميكي حراري يمكن تحويله إلى حرارة.
ما هي الطاقة المجانية؟
الطاقة الحرة هي كمية الطاقة المتاحة لنظام ديناميكي حراري لأداء عمل ديناميكي حراري. الطاقة الحرة لها أبعاد الطاقة. يتم تحديد قيمة الطاقة الحرة للنظام الديناميكي الحراري من خلال الحالة الحالية للنظام ؛ ليس من خلال تاريخها. هناك نوعان رئيسيان من الطاقة الحرة تتم مناقشتهما غالبًا في الديناميكا الحرارية ؛ طاقة هيلمهولتز الحرة وطاقة جيبس الحرة.
الطاقة الحرة Helmholtz
الطاقة الحرة Helmholtz هي الطاقة المتوفرة في نظام ديناميكي حراري مغلق لأداء عمل ديناميكي حراري عند درجة حرارة ثابتة وحجم. ومن ثم ، تشير القيمة السالبة لطاقة هيلمهولتز إلى أقصى عمل يمكن أن يؤديه النظام الديناميكي الحراري من خلال الحفاظ على حجمه ثابتًا. من أجل الحفاظ على حجم ثابت ، يتم إجراء بعض العمل الديناميكي الحراري الكلي كعمل حدودي (للحفاظ على حدود النظام كما هي). فيما يلي معادلة طاقة هيلمهولتز.
A=U - TS
حيث A هي الطاقة الحرة Helmholtz ، U هي الطاقة الداخلية ، T هي درجة الحرارة ، وهي ثابتة و S هي إنتروبيا النظام. الانتروبيا هي كمية ديناميكية حرارية تمثل عدم توفر الطاقة الحرارية للنظام للتحويل إلى عمل ميكانيكي.
الشكل 01: كان هيرمان فون هيلمهولتز أول من اقترح مفهوم الطاقة الحرة هيلمهولتز
طاقة جيبس الحرة:
طاقة جيبس الحرة هي الطاقة المتوفرة في نظام مغلق وديناميكي حراري لأداء عمل ديناميكي حراري عند درجة حرارة وضغط ثابتين. يمكن أن يختلف حجم النظام. يتم الإشارة إلى الطاقة الحرة بواسطة G. معادلة الطاقة الحرة Gibbs أدناه.
G=H - TS
في المعادلة أعلاه ، G هي طاقة Gibbs الحرة ، H هي المحتوى الحراري للنظام ، Y هي درجة الحرارة ، وهي ثابتة و S هي إنتروبيا النظام.
ما هو المحتوى الحراري؟
المحتوى الحراري للنظام هو كمية ديناميكية حرارية تعادل المحتوى الحراري الكلي للنظام. إنه يساوي الطاقة الداخلية للنظام بالإضافة إلى ناتج الضغط والحجم. لذلك ، فهي خاصية ديناميكية حرارية للنظام. فيما يلي معادلة المحتوى الحراري.
H=U + PV
وفقًا لذلك ، H هي المحتوى الحراري للنظام ، U هي الطاقة الداخلية للنظام ، P هي الضغط و V هي الحجم. المحتوى الحراري للنظام هو مؤشر على قدرة هذا النظام على إطلاق الحرارة (للقيام بأعمال غير ميكانيكية). يُشار إلى المحتوى الحراري بالرمز H.
يتيح لنا تحديد المحتوى الحراري للنظام تحديد ما إذا كان التفاعل الكيميائي طاردًا للحرارة أم ماصًا للحرارة. يمكن استخدام التغيير في المحتوى الحراري للنظام لتحديد حرارة التفاعلات وأيضًا للتنبؤ بما إذا كان التفاعل الكيميائي تلقائيًا أم غير تلقائي.
ما هي العلاقة بين الطاقة الحرة و المحتوى الحراري؟
طاقة جيبس الحرة والمحتوى الحراري مرتبطان من خلال المعادلة التالية.
G=H - TS
في المعادلة أعلاه ، G هي طاقة جيبس الحرة ، H هي المحتوى الحراري للنظام ، Y هي درجة الحرارة ، وهي ثابتة و S هي إنتروبيا النظام. كل من G و H لهما نفس وحدات القياس.
ما هو الفرق بين الطاقة الحرة و المحتوى الحراري؟
الطاقة الحرة مقابل المحتوى الحراري |
|
| الطاقة الحرة هي كمية الطاقة المتاحة لنظام ديناميكي حراري لأداء عمل ديناميكي حراري. | المحتوى الحراري للنظام هو كمية ديناميكية حرارية مكافئة لمحتوى الحرارة الكلي للنظام. |
| مفهوم | |
| تعطي الطاقة الحرة إجمالي الطاقة المتاحة لأداء عمل الديناميكا الحرارية. | المحتوى الحراري يعطي الطاقة الإجمالية للنظام الذي يمكن تحويله إلى حرارة. |
| التحويل | |
| الطاقة الحرة تعطي الطاقة التي يمكن تحويلها إلى عمل ميكانيكي للنظام. | المحتوى الحراري يعطي الطاقة التي يمكن تحويلها إلى عمل غير ميكانيكي للنظام. |
ملخص - الطاقة المجانية مقابل المحتوى الحراري
تمثل الطاقة الحرة والمحتوى الحراري للنظام الحراري الديناميكي الطاقة المتوفرة في النظام. يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الطاقة الحرة والمحتوى الحراري في أن الطاقة الحرة تعطي إجمالي الطاقة المتاحة لأداء عمل ديناميكي حراري بينما يعطي المحتوى الحراري الطاقة الإجمالية لنظام يمكن تحويله إلى حرارة.
