Bedava enerji
Termodinamik potansiyeller
İçsel enerji
dU=δW+δQ{\ displaystyle \ mathrm {d} U = \ delta W + \ delta Q} |
Entalpi
H=U+PV{\ displaystyle H = U + PV} |
Harika potansiyel
ΦG=F-∑benμbendeğilben{\ displaystyle \ Phi _ {G} = F- \ toplamı _ {i} \ mu _ {i} n_ {i}} |
Serbest enerji (aynı zamanda Helmholtz enerjisi ) 'de, bir termodinamik bir durum fonksiyonu geniş bunun varyasyonu elde edilmesini sağlar çalışan yararlı olan bir ile sağlanabilir termodinamik sisteme 'bir sırasında sabit bir sıcaklıkta kapalı tersine dönüşüm . İngilizcede, bu miktara Helmholtz serbest enerjisi denir ve genellikle denklemlerdeki harfle gösterilir.
F{\ displaystyle F}AT{\ displaystyle A}
Bu işlev , sabit sıcaklık ve basınçta gelişen sistemler için geçerli olan serbest entalpi işlevi ( Anglosaksonların Gibbs serbest enerjisi) ile karıştırılmamalıdır ( açık havada gerçekleştirilen reaksiyonlar durumunda).
G{\ displaystyle G}T{\ displaystyle T}
Serbest enerji genellikle basınç veya bir değişikliği uyarmak patlamalar çalışmada kullanılan kalorimetre de sabit hacimde bir taşınan bomba kalorimetre .
Bununla birlikte, termokimyada fonksiyonun rolü , kimyasal denge çalışması için gerekli olan amiral gemisi fonksiyonu olan serbest entalpi fonksiyonundan çok daha az önemlidir .
F{\ displaystyle F}
Aslında bölme fonksiyonunun logaritmasından başka bir şey olmayan bu fonksiyon , teorik fizikte temel bir rol oynar.
Tanım
Sabit sıcaklık ve hacimde gerçekleştirilen geri dönüşü olmayan bir dönüşümü düşünün . Elektrokimyasal montaj yoksa, elektrik işi yoktur . Sabit olduğu gibi , basınç kuvvetlerinin işi sıfırdır.
T{\ displaystyle T}V{\ displaystyle V}V{\ displaystyle V}
Yani ilk prensibi uygulayarak :ΔUsistem=Qbenrre´v{\ displaystyle \ Delta U _ {\ text {sistem}} = Q _ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}}}
O halde ikinci prensibi uygulayalım :Svsre´e´e=ΔSsistem+ΔSext>0{\ displaystyle S _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} = \ Delta S _ {\ text {syst}} + \ Delta S _ {\ text {ext} }> 0}
Sistem dış çevre ile etkileşim halindedir . Kendimizi dış çevrenin yanına koyarsak, alır .
Qbenrre´v{\ displaystyle Q _ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}}}-Qbenrre´v=-ΔUsistem{\ displaystyle -Q _ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}} = - \ Delta U _ {\ text {sistem}}}
Ve dış ortamın entropi değişimi şuna eşit olur:
ΔSext=-Qbenrre´vT=-ΔUsistemT{\ displaystyle \ Delta S _ {\ text {ext}} = - {\ frac {Q _ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}}} {T}} = - {\ frac {\ Delta U_ {\ text {sistem}}} {T}}}
Nereden : Svsre´e´e=ΔSsistem-ΔUsistemT>0{\ displaystyle S _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} = \ Delta S _ {\ text {syst}} - {\ frac {\ Delta U _ {\ metin {syst}}} {T}}> 0}
Şununla çarpın :
-T{\ displaystyle -T}
-T.Svsre´e´e=-TΔSsistem+ΔUsistem<0{\ displaystyle -TS _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} = - T \ Delta S _ {\ text {sistem}} + \ Delta U _ {\ text {syst}} <0}
Serbest enerji fonksiyonunu şu şekilde tanımlıyoruz :
F=U-TS {\ displaystyle F = U-TS ~}
Ve sabitlerinde gerçekleştirilen bir dönüşüm için şunu elde ederiz:
T{\ displaystyle T}V{\ displaystyle V}
(ΔFsistem)T,V=ΔUsistem-TΔSsistem=-T.Svsre´e´e<0{\ displaystyle (\ Delta F _ {\ text {syst}}) _ {T, V} = \ Delta U _ {\ text {syst}} - T \ Delta S _ {\ text {syst}} = - T .S_ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} <0}
Dönüşüm tersine çevrilebilir ise veSvsre´e´e=0{\ displaystyle S _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} = 0}(ΔFsistem)T,V=0{\ displaystyle (\ Delta F _ {\ text {sistem}}) _ {T, V} = 0}
Öte yandan, dönüşüm geri döndürülemezse ve bu nedenle Svsre´e´e>0{\ displaystyle S _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}}> 0}(ΔFsistem)T,V<0{\ displaystyle (\ Delta F _ {\ text {sistem}}) _ {T, V} <0}
Gerçek dönüşüm ve sabitler ancak sistemin serbest enerjisinde bir azalma ile gerçekleşebilir.
T{\ displaystyle T}V{\ displaystyle V}
F=U-TS⇔dF=dU-TdS-SdT{\ displaystyle {\ begin {align} F & = U-TS \\\ Leftrightarrow \ mathrm {d} F & = \ mathrm {d} UT \ mathrm {d} SS \ mathrm {d} T \ end {hizalı} }}
İlk prensibi uygulayalım
dU=δQ+δWfp+δW′=δQ-P.dV+δW′{\ displaystyle \ mathrm {d} U = \ delta Q + \ delta W _ {\ text {fp}} + \ delta W '= \ delta QP. \ mathrm {d} V + \ delta W'}
basınç kuvvetlerinin işi nerede ve bir istif düzeneğindeki elektrik işi gibi başka herhangi bir çalışma biçimini temsil ediyor.
δWfp=-P.dV{\ displaystyle \ delta W _ {\ text {fp}} = - P. \ mathrm {d} V}δW′{\ displaystyle \ delta W '}
İkinci prensibi uygulayalım
δQre´v=T.dS{\ displaystyle \ delta Q _ {\ rm {r {\ akut {e}} v}} = T. \ mathrm {d} S}
dU{\ displaystyle \ mathrm {d} U} bu nedenle ifade edilir:
dU=T.dS-P.dV+δWre´v′{\ displaystyle \ mathrm {d} U = T. \ mathrm {d} SP. \ mathrm {d} V + \ delta W '_ {\ rm {r {\ akut {e}} v}}}
nereden :
dF=-P.dV-S.dT+δWre´v′{\ displaystyle \ mathrm {d} F = -P. \ mathrm {d} VS. \ mathrm {d} T + \ delta W '_ {\ rm {r {\ akut {e}} v}}}
Sıcaklık sabitse:
dF=-P.dV+δWre´v′{\ displaystyle \ mathrm {d} F = -P. \ mathrm {d} V + \ delta W '_ {\ rm {r {\ akut {e}} v}}}'
Gerçek bir dönüşüm söz konusu olduğunda, bu nedenle geri döndürülemez :
dF<-P.dV+δWbenrre´v′{\ displaystyle \ mathrm {d} F <-P. \ mathrm {d} V + \ delta W '_ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}}}
Ve iki denge durumu arasındaki sonlu bir dönüşüm için:
ΔF<Wfp+Wbenrre´v′{\ displaystyle \ Delta F <W _ {\ text {fp}} + W '_ {\ rm {irr {\ akut {e}} v}}}
İşlevin değişiminin , dönüşümün sabit olarak yapılması ve tersine çevrilebilir olması durumunda sistem tarafından sağlanan işe eşit olduğu açıkça gösterilmiştir .F{\ displaystyle F}T{\ displaystyle T}
Sabit hacimde ve sıfır işte bir dönüşüm olması durumunda :
W′{\ displaystyle W '}
ΔF<0{\ displaystyle \ Delta F <0}
daha kesin :
(ΔFsistem)T,V=-T.Svsre´e´e<0{\ displaystyle (\ Delta F _ {\ text {sistem}}) _ {T, V} = - T.S _ {\ rm {cr {\ akut {e}} {\ akut {e}} e}} <0 }
Gerçek dönüşüm ve sabitler ancak sistemin serbest enerjisinde bir azalma ile gerçekleşebilir. Bu nedenle , bir izotermal ve izokorik dönüşüm sırasında sistemin termodinamik potansiyeli ile tanımlayabiliriz .
Not : karşılaştırma için bakınız Serbest entalpi ; sabit T ve P'de tanımlanan termodinamik potansiyel.
T{\ displaystyle T}V{\ displaystyle V}F{\ displaystyle F}
F'den veya diferansiyellerinden faydalı ilişkiler
-
Maxwell ilişkisi :S=-(∂F∂T)V{\ displaystyle S = - \ sol ({\ frac {\ kısmi F} {\ kısmi T}} \ sağ) _ {V}}
-
Gibbs-Helmholtz ilişkisi : Aşağıdakilerle ilgili olarak Gibbs-Helmholtz'unkine benzer bir ilişki vardır :F{\ displaystyle F}(∂(FT)∂T)V=-UT2{\ displaystyle \ sol ({\ frac {\ kısmi \ sol ({\ frac {F} {T}} \ sağ)} {\ kısmi T}} \ sağ) _ {V} = - {\ frac {U} {T ^ {2}}}}
-
Kimyasal potansiyel : kimyasal potansiyelin bir tanımı, kısmi bir diferansiyelden verilebilir .F{\ displaystyle F}μben=(∂F∂değilben)V,T,değilj≠ben{\ displaystyle \ mu _ {i} = \ sol ({\ frac {\ kısmi F} {\ kısmi n_ {i}}} \ sağ) _ {V, T, n_ {j \ neq i}}}
Birim
Uluslararası Sistemde serbest enerjinin ölçü birimi joule'dür. Nitekim, F = U - TS bağıntısı nedeniyle F , bir enerji olan U ile homojendir .
Ayrıca görün
Diğer durum işlevleri
Referanslar
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">