ነጻ ኢነርጂ vs መደበኛ ነፃ ኢነርጂ
ነጻ ጉልበት ምንድነው?
የቴርሞዳይናሚክስ ሲስተም የሚሰራው የስራ መጠን ነፃ ሃይል በመባል ይታወቃል። ነፃ ሃይል በሁለት ቃላት ማለትም Helmholtz ነፃ ኢነርጂ እና ጊብስ ነፃ ኢነርጂ በመጠቀም ሊገለፅ ይችላል። በኬሚስትሪ ውስጥ "ነጻ ኢነርጂ" የሚለውን ቃል ስንጠቀም የጊብስ ነፃ ጉልበት ማለት ነው. በፊዚክስ፣ ነፃ ኢነርጂ የሚያመለክተው Helmholtz ነፃ ሃይልን ነው። ሁለቱም ውሎች ከዚህ በታች ተብራርተዋል።
ሁለተኛው የቴርሞዳይናሚክስ ህግ ከኤንትሮፒ ጋር የተያያዘ ነው፣ እና “የዩኒቨርስ ኢንትሮፒ በድንገተኛ ሂደት ይጨምራል” ይላል። Entropy ከሚፈጠረው የሙቀት መጠን ጋር የተያያዘ ነው; ጉልበት የተዳከመበት መጠን ነው።ነገር ግን, በእውነቱ, በተወሰነ የሙቀት መጠን ምክንያት የሚፈጠረው ተጨማሪ እክል q በሙቀት መጠን ይወሰናል. ቀድሞውኑ በጣም ሞቃታማ ከሆነ, ትንሽ ተጨማሪ ሙቀት ብዙ ተጨማሪ እክል አይፈጥርም, ነገር ግን የሙቀት መጠኑ በጣም ዝቅተኛ ከሆነ, ተመሳሳይ መጠን ያለው ሙቀት በከፍተኛ ሁኔታ መታወክን ያመጣል. ስለዚህ ን መጻፍ የበለጠ ተገቢ ነው።
ds=dq/T
የለውጡን አቅጣጫ ለመተንተን በስርአትም ሆነ በአካባቢው ለውጦችን ግምት ውስጥ ማስገባት አለብን። የሚከተለው የክላውሲየስ አለመመጣጠን የሙቀት ኃይል በስርዓቱ እና በአካባቢው መካከል ሲተላለፍ ምን እንደሚከሰት ያሳያል. (ስርአቱ በሙቀት መጠን ከአካባቢው ጋር በሙቀት መጠን T ላይ እንደሆነ እናስብ)
dS – dq/T ≥0 …………(1)
ማሞቂያው በቋሚ መጠን ከተሰራ፣ ከላይ ያለውን ቀመር (1) እንደሚከተለው እንጽፋለን። ይህ እኩልታ ከስቴት ተግባራት አንፃር ድንገተኛ ምላሽ እንዲሰጥ መስፈርቱን ይገልጻል።
dS - dU/T ≥0
ሚከተለውን እኩልታ ለማግኘት እኩልታውን እንደገና ማስተካከል ይቻላል።
TdS ≥dU (ቀመር 2)፣ እና ስለዚህ፣ እንደ ተብሎ ሊጻፍ ይችላል።
dU – TdS ≤0
ከላይ ያለው አገላለጽ ሄልምሆልትዝ ኢነርጂ በሚለው ቃል ማቃለል ይቻላል፣ይህምተብሎ ሊገለፅ ይችላል።
A=U-TS
ከላይ ካሉት እኩልታዎች፣ ድንገተኛ ምላሽ ለማግኘት እንደ dA ≤0 መስፈርት ልናገኝ እንችላለን። ይህ የሚያሳየው በቋሚ የሙቀት መጠን እና የድምፅ መጠን የስርዓት ለውጥ ድንገተኛ ከሆነ dA ≤0 ነው። ስለዚህ ለውጥ ከ Helmholtz ጉልበት መቀነስ ጋር ሲዛመድ ድንገተኛ ይሆናል። ስለዚህ እነዚህ ስርዓቶች ዝቅተኛ A እሴት ለመስጠት ድንገተኛ በሆነ መንገድ ይንቀሳቀሳሉ።
የጊብስ ነፃ ሃይል በቋሚ ግፊት ከሚከሰቱት ለውጦች ጋር የተያያዘ ነው። የሙቀት ኃይል በቋሚ ግፊት ሲተላለፍ የማስፋፊያ ሥራ ብቻ ነው; ስለዚህ፣ ቀመር 2ን እንደሚከተለው አሻሽለን እንጽፋለን።
TdS ≥dH
ይህ እኩልታ dH-TdS≤0 ለመስጠት እንደገና ሊስተካከል ይችላል። ጊብስ ነፃ ሃይል በሚለው ቃል፣ ጂ፣ ይህ እኩልታ እንደሊፃፍ ይችላል።
G=H-TS
በቋሚ የሙቀት መጠን እና ግፊት፣ ኬሚካላዊ ግብረመልሶች የጊብስ ነፃ ሃይልን ወደመቀነስ አቅጣጫ ድንገተኛ ናቸው። ስለዚህ፣ dG ≤0
መደበኛ ነፃ ኢነርጂ ምንድነው?
መደበኛ ነፃ ኢነርጂ በመደበኛ ሁኔታዎች የሚገለፅ ነፃ ሃይል ነው። መደበኛ ሁኔታዎች የሙቀት መጠን, 298 ኪ. ግፊት, 1 ኤቲኤም ወይም 101.3 ኪፒኤ; እና ሁሉም መፍትሄዎች በ 1 ኤም ትኩረት. መደበኛ የነጻ ሃይል እንደ Go ተብሎ ይገለጻል።
በነጻ ኢነርጂ እና መደበኛ ነፃ ኢነርጂ መካከል ያለው ልዩነት ምንድነው?
• በኬሚስትሪ፣ ነፃ ኢነርጂ ወደ ጊብስ ነፃ ኢነርጂ ይጠቀሳል። በቋሚ ግፊት ከሚከሰቱ ለውጦች ጋር የተያያዘ ነው. መደበኛ ነፃ ኢነርጂ በመደበኛ ሁኔታዎች የሚገለፅ ነፃ ሃይል ነው።
• ስለዚህ መደበኛ ነፃ ኢነርጂ በ298K የሙቀት መጠን እና 1 ኤቲም ግፊት ይሰጣል ነገርግን የነጻ ኢነርጂ ዋጋው እንደየሙቀት መጠን እና ግፊት ሊቀየር ይችላል።
