الطاقات الحرة وتحويلات ليجاندر
الطاقات الحرة هي كمونات ديناميكية حرارية تُحصل عليها بتحويل ليجاندر للطاقة الداخلية، ويتم تقليل كل منها عند التوازن تحت القيود الطبيعية الخاصة بها.
Definition
الطاقة الحرة هي كمون ديناميكي حراري يتكون بتحويل ليجاندر للطاقة الداخلية فيما يتعلق بمتغير واحد أو أكثر من المتغيرات الشاملة، مما ينتج دالة للمتغيرات المكثفة المترافقة التي يتم تقليلها عند التوازن تحت القيود المقابلة.
Scope
يغطي هذا الموضوع بناء الإنثالبي، وطاقة هلمهولتز الحرة، وطاقة غيبس الحرة، والكمون الكبير كتحويلات ليجاندر للطاقة الداخلية، ومتغيراتها الطبيعية، والأشكال التفاضلية التي تحدد أزواجها المترافقة، ومبادئ القيمة القصوى التي تختار حالات التوازن. يتضمن الموضوع تفسير الطاقة الحرة كشغل متاح.
Core questions
- كيف يتبادل تحويل ليجاندر متغيرًا شاملًا بمتغيره المكثف المترافق؟
- لماذا يتم تقليل كل طاقة حرة عند التوازن لمتغيراتها الطبيعية الخاصة بها؟
- كيف تحدد الطاقة الحرة أقصى قدر من الشغل القابل للاستخراج تحت قيود معينة؟
- ما هي المتغيرات الطبيعية للإنثالبي، وهلمهولتز، وغيبس، والكمونات الكبرى؟
Key concepts
- تحويل ليجاندر والمتغيرات المترافقة
- الإنثالبي والمتغيرات الطبيعية
- طاقة هلمهولتز الحرة عند درجة حرارة وحجم ثابتين
- طاقة غيبس الحرة عند درجة حرارة وضغط ثابتين
- الكمون الكبير والكمون الكيميائي
Clinical relevance
تحدد الطاقات الحرة تلقائية وتوازن التفاعلات الكيميائية وتغيرات الطور، وتحدد أقصى قدر من الشغل المفيد الذي يمكن الحصول عليه من عملية ما، وتوفر الجسر إلى الميكانيكا الإحصائية من خلال دالة التجزئة.
History
نشأ مفهوم الطاقة الحرة مع عمل هلمهولتز عام 1882 حول الطاقة المتاحة للشغل وصياغة غيبس السابقة للدالة التي تحمل اسمه الآن، مما أرسى الكمونات التي يتم تقليلها تحت القيود التجريبية الشائعة.
Key figures
- J. Willard Gibbs
- Hermann von Helmholtz
Related topics
Seminal works
- callen1985
Frequently asked questions
- لماذا تسمى الطاقة 'الحرة'؟
- إنها تقيس الجزء من طاقة النظام الذي يكون حرًا للقيام بعمل مفيد تحت القيود المعطاة، على عكس الجزء المحتجز في حد الإنتروبيا الذي لا يمكن استخراجه كشغل عند درجة حرارة محدودة.