Freie Energie

Freie Energie ist eine thermodynamische Größe, die durch die Subtraktion zwischen der inneren Energie eines Systems und dem Produkt seiner absoluten Temperatur und Entropie gegeben ist. In chemischen Begriffen ist es auch bekannt als der Unterschied zwischen der Enthalpie und der Multiplikation der absoluten Temperatur und Entropie eines Systems, Gibbs Free Energy.

Einführung

Freie Energie bezieht sich auf ein sehr breites Thema der Energie. Als Teil der Wissenschaft haben wir Thermodynamische Freie Energie, die Energie in einem physischen System gefunden wird, das in Arbeit gebracht werden kann. Wir haben Helmholtz Free Energy, die Energie ist, die bei einer konstanten Temperatur und Volumen in Arbeit gebracht werden kann. Und wir haben Gibbs Free-Energy, das Maß der totalen Entropie verändert sich mit der Umgebung mit konstantem Druck. Freie Energie bestimmt, ob eine chemische Reaktion spontan oder nicht spontan ist, in der Chemie 2C natürlich ist der Schwerpunkt Gibbs Free Energy.

Thermodynamische Freie Energie

Thermodynamische freie Energie ist die Summe der Arbeit, die ein thermodynamisches System arbeiten kann. Die Theorie ist in der Thermodynamik von chemischen und / oder thermischen Prozessen in Forschungsfeldern des Ingenieurwesens und vielen wissenschaftlichen Studien nützlich. Die freie Energie ist der interne Energieeintrag eines Systems abzüglich der Energie, die nicht verwendet werden kann, um Arbeit zu schaffen. Die unbrauchbare Energie ist als Entropie (S) bekannt, die mit der Temperatur (T) des Systems multipliziert wird.

Helmholtz Freie Energie

In der Thermodynamik wird die Helmholtz-freie Energie als thermodynamisches Potential betrachtet, das die „nützliche“ Arbeit berechnet, die aus einem geschlossenen thermodynamischen System bei konstanter Temperatur und Volumen wiedergewinnbar ist. Für ein solches System ist das Negativ der Differenz in der Helmholtz-Energie gleich der maximalen Arbeitsmenge, die aus einem thermodynamischen Verfahren extrahierbar ist, bei dem sowohl Temperatur als auch Volumen konstant gehalten werden. Unter diesen Bedingungen wird es minimiert und im Gleichgewicht konstant gehalten. Die Helmholtz freie Energie wurde ursprünglich von Hermann von Helmotz entwickelt und wird allgemein mit dem Buchstaben A oder dem Buchstaben F bezeichnet. In der Physik wird der Buchstabe F meist verwendet, um die Helmholtz-Energie zu bezeichnen, die oft als Helmholtz-Funktion oder als einfacher Begriff „freie Energie“ bezeichnet wird.

Von dem deutschen Physiker Hermann Helmholtz im Jahre 1882 eingeführt, ist Helmholtz freie Energie das thermodynamische Potential, das in einem System konstanter Spezies mit konstantem Temperament und konstantem Volumen gefunden wird, gegeben durch die Formel:

ΔF = ΔE – TΔS

F = Helmholtz Freie Energie in Joule
E = Energie des Systems in Joule
T = Absolute Temperatur in KElvin
S = Entropie in Joule / Kelvin
Zusammenfassend ist die Helmholtz-freie Energie auch das Maß für die Fähigkeit eines isothermen-isochorischen geschlossenen Systems, Arbeit zu leisten. Wenn ein externes Feld fehlt, wird die Helmholtz-freie Energieformel:

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ΔF = ΔU -TΔS

F = Helmholtz Freie Energie in Joule
U = Interne Energie in Joule
T = Absolute Temperatur in Kelvin
S = Entropie in Joule / Kelvin
Die innere Energie (U) kann die Energiemenge sein, die erforderlich ist, um ein System in den nicht-resistenten Änderungen der Temperatur (T) oder des Volumens (V) zu erzeugen. Wenn jedoch das System in einer Umgebung der Temperatur T erzeugt wird, dann kann ein Teil der Energie durch spontane Wärmeübertragung zwischen der Umgebung und dem System erfasst werden. Die Menge dieser spontanen Energieübertragung ist TΔS, wobei S die endgültige Entropie des Systems ist. In diesem Fall musst du nicht so viel Energie einbringen. Beachten Sie, dass, wenn eine ungeordnete, was zu einer höheren Entropie, der endgültige Zustand erstellt wird, wo weniger Arbeit erforderlich ist, um das System zu erstellen. Die Helmholtz-freie Energie wird zu einem Maß für die Summe der Energie, die Sie einsetzen müssen, um ein System zu erzeugen, sobald die spontane Energieübertragung des Systems aus der Umgebung berücksichtigt wird.

Helmholtz Free Energy wird in der Physik allgemein verwendet, mit dem Leter F bezeichnet, während die Chemie G, Gibbs ‚Free Energy verwendet.

 

Gibbs ‚freie Energie

„Gibbs ‚Free Energy“ wurde zuerst von Yale Professor, Josiah Willard Gibbs, der für die Verwendung der Gesetze der Thermodynamik verantwortlich war, um zu konstruieren, was jetzt als Gibbs‘ Free Energy bekannt ist, eingeführt. Er schuf eine Formel, die beteiligt war, Entropie, Enthalpie und Temperatur.

ΔG = ΔH-TΔS

Freie Energie wird durch die Formel ΔG = ΔH-TΔS demonstriert. Wenn die Temperatur zunimmt, wird die Entropie (TΔS) bei der Bestimmung der freien Energie wichtiger.

Die innere Energie, U, kann als die Energie betrachtet werden, die erforderlich ist, um ein System in Abwesenheit von Änderungen der Temperatur oder des Volumens zu erzeugen. Wie bei der Definition von Enthalpie diskutiert, muss eine zusätzliche Menge an Arbeit, PV, getan werden, wenn das System aus einem sehr kleinen Volumen erstellt wird, um Platz für das System zu schaffen. Aus Helmholtz freie Energie, eine Umgebung bei konstanter Temperatur, T, wird eine Menge TΔS an das System beitragen, wodurch die Gesamtmenge benötigt, um das System zu schaffen. Dieser Nettoenergiebeitrag für ein System, das in der Umgebungstemperatur, T, aus einem vernachlässigbaren Anfangsvolumen hergestellt wird, heißt Gibbs freie Energie.

ΔG stellt die freie Energieänderung dar. Free Energy Change ist eine Kombination aus Enthalpieänderung, Entropieänderung und Temperatur, die verwendet werden kann, um festzustellen, ob ein Prozess spontan oder nichtspontan ist. Es wird verwendet, um die Spontaneität der Reaktion einer Reaktion mit konstanter Temperatur und Druck vorherzusagen, wenn ΔG negativ ist, ist die Reaktion möglicherweise spontan. Wenn ΔG positiv ist, ist die Reaktion möglicherweise nicht spontan. Wenn ΔG Null ist, gibt es kein Gleichgewicht und daher gibt es keine Reaktion. Es ist auch als die Energiedifferenz zwischen Reaktanten und Produkten dargestellt.