Hvad er gratis energi?

Gratis energi er et termodynamisk koncept, der beskriver den tilgængelige energi, der er tilgængelig i et system til at udføre nyttigt arbejde. Det er ofte repræsenteret af symbolet g og defineres formelt som:

g =h - ts

Hvor:

* g Er Gibbs Free Energy

* h er entalpien (samlet energi i systemet)

* t er temperaturen i Kelvin

* s er entropien (et mål for lidelse i systemet)

Her er en sammenbrud af, hvad det betyder:

* entalpi (H): Dette repræsenterer den samlede energi i et system, inklusive dets interne energi, tryk og volumen.

* entropi (er): Dette repræsenterer et systems lidelse eller tilfældighed. Et system med højere entropi har mere tilfældighed.

* temperatur (t): Dette er et mål for den gennemsnitlige kinetiske energi af molekylerne i et system.

Hvordan relaterer fri energi til arbejde?

Tænk på et system som et batteri. Batteriet har en vis mængde lagret energi (entalpi). Imidlertid kan ikke al denne energi bruges til at udføre arbejde. Noget energi går tabt på grund af systemets tilfældighed (entropi). Gratis energi repræsenterer den del af den samlede energi, der er tilgængelig til at udføre nyttigt arbejde.

spontane processer og fri energi

Gratis energi er et afgørende koncept til forståelse af spontane processer. En spontan proces er en, der forekommer uden ekstern intervention, som en bold, der ruller ned ad bakke. Følgende er sandt om spontane processer:

* faldende fri energi: Spontane processer ledsages altid af et fald i fri energi (ΔG <0). Systemet frigiver energi, hvilket gør det mere stabilt.

* stigende entropi: Spontane processer fører ofte til en stigning i entropi (ΔS> 0). Systemet bliver mere forstyrret.

* ligevægt: Når et system når ligevægt, er den frie energiændring nul (ΔG =0). Systemet er på sin mest stabile tilstand, og der forekommer ingen yderligere ændringer spontant.

Eksempler:

* brændende træ: Brændende træ frigiver varme og lys, som er former for energi. Denne proces er spontan, fordi den fører til et fald i fri energi.

* issmeltning: Is smelter i vand er en spontan proces ved temperaturer over 0 ° C. Stigningen i lidelse (mere tilfældig bevægelse af vandmolekyler) fører til et fald i fri energi.

Nøglepunkter:

* Gratis energi er et grundlæggende koncept inden for termodynamik.

* Det kvantificerer mængden af ​​energi, der er tilgængelig for nyttigt arbejde.

* Spontane processer er kendetegnet ved et fald i fri energi.

Gratis energi er et kraftfuldt værktøj til at forstå og forudsige opførsel af kemiske og fysiske systemer. Det hjælper os med at forstå, hvorfor visse reaktioner forekommer spontant, mens andre kræver ekstern energiindgang.