Energi Bebas dan Transformasi Legendre

Energi bebas adalah potensial termodinamika yang diperoleh dengan mentransformasi Legendre energi internal, masing-masing diminimalkan pada kesetimbangan di bawah batasan yang sesuai dengannya.

Definition

Energi bebas adalah potensial termodinamika yang dibentuk dengan mentransformasi Legendre energi internal sehubungan dengan satu atau lebih variabel ekstensif, menghasilkan fungsi dari variabel intensif konjugat yang diminimalkan pada kesetimbangan di bawah batasan yang sesuai.

Scope

Topik ini mencakup konstruksi entalpi, energi bebas Helmholtz, energi bebas Gibbs, dan potensial grand sebagai transformasi Legendre dari energi internal, variabel alami mereka, bentuk diferensial yang mendefinisikan pasangan konjugat mereka, dan prinsip ekstremum yang memilih keadaan kesetimbangan. Interpretasi energi bebas sebagai kerja yang tersedia juga disertakan.

Core questions

• Bagaimana transformasi Legendre menukar variabel ekstensif dengan variabel intensif konjugatnya?
• Mengapa setiap energi bebas diminimalkan pada kesetimbangan untuk variabel alami masing-masing?
• Bagaimana energi bebas mengukur kerja maksimum yang dapat diekstraksi di bawah batasan tertentu?
• Apa saja variabel alami dari entalpi, Helmholtz, Gibbs, dan potensial grand?

Key concepts

• Transformasi Legendre dan variabel konjugat
• Entalpi dan variabel alami
• Energi bebas Helmholtz pada suhu dan volume tetap
• Energi bebas Gibbs pada suhu dan tekanan tetap
• Potensial grand dan potensial kimia

Clinical relevance

Energi bebas menentukan spontanitas dan kesetimbangan reaksi kimia dan perubahan fasa, menetapkan kerja berguna maksimum yang dapat diperoleh dari suatu proses, dan menyediakan jembatan ke mekanika statistik melalui fungsi partisi.

History

Konsep energi bebas muncul dengan karya Helmholtz pada tahun 1882 tentang energi yang tersedia untuk kerja dan formulasi Gibbs sebelumnya tentang fungsi yang sekarang menyandang namanya, menetapkan potensial yang diminimalkan di bawah batasan eksperimental umum.

Key figures

• J. Willard Gibbs
• Hermann von Helmholtz

Seminal works

• callen1985

Frequently asked questions

Mengapa disebut energi 'bebas'?

Ini mengukur bagian dari energi sistem yang bebas untuk melakukan kerja yang berguna di bawah batasan yang diberikan, berbeda dengan bagian yang terikat dalam suku entropi yang tidak dapat diekstraksi sebagai kerja pada suhu terbatas.