Nishati Bila Malipo dhidi ya Nishati Kawaida Isiyolipishwa
Nishati Bila malipo ni nini?
Kiasi cha kazi ambacho mfumo wa halijoto unaweza kufanya hujulikana kama nishati isiyolipishwa. Nishati ya bure inaweza kuelezewa kwa kutumia maneno mawili, nishati ya bure ya Helmholtz na nishati ya bure ya Gibbs. Katika kemia, tunapotumia neno "nishati ya bure" ambayo ina maana ya nishati ya bure ya Gibbs. Katika fizikia, nishati ya bure inarejelea nishati ya bure ya Helmholtz. Masharti yote mawili yamefafanuliwa hapa chini.
Sheria ya pili ya thermodynamics inahusiana na entropy, na inasema, "entropy ya ulimwengu huongezeka kwa mchakato wa moja kwa moja." Entropy inahusiana na kiasi cha joto kinachozalishwa; hicho ndicho kiwango ambacho nishati imeharibika. Lakini, kwa kweli, kiasi cha ugonjwa wa ziada unaosababishwa na kiasi fulani cha joto q inategemea joto. Ikiwa tayari ni moto sana, joto la ziada kidogo halileti shida zaidi, lakini ikiwa halijoto ni ya chini sana, kiwango sawa cha joto kitasababisha ongezeko kubwa la machafuko. Kwa hivyo, inafaa zaidi kuandika, ds=dq/T
Ili kuchanganua mwelekeo wa mabadiliko, tunapaswa kuzingatia mabadiliko katika mfumo na mazingira. Ukosefu wa usawa wa Clausius unaonyesha kile kinachotokea wakati nishati ya joto inapohamishwa kati ya mfumo na mazingira. (Zingatia kuwa mfumo uko katika msawazo wa halijoto na mazingira katika halijoto T)
dS – dq/T ≥0.…………(1)
Ikiwa upashaji joto utafanywa kwa sauti isiyobadilika, tunaweza kuandika mlinganyo ulio hapo juu (1) kama ifuatavyo. Mlinganyo huu unaonyesha kigezo cha mwitikio wa moja kwa moja kutendeka kulingana na utendakazi wa serikali pekee.
dS – dU/T ≥0
Mlinganyo unaweza kupangwa upya ili kupata mlinganyo ufuatao.
TdS ≥dU (Equation 2), na kwa hivyo, inaweza kuandikwa kama
dU – TdS ≤0
Usemi ulio hapo juu unaweza kurahisishwa kwa matumizi ya neno Helmholtz energy, A, ambalo linaweza kufafanuliwa kama, A=U-TS
Kutoka kwa milinganyo iliyo hapo juu, tunaweza kupata kigezo cha majibu ya moja kwa moja kama dA ≤0. Hii inasema kwamba, mabadiliko katika mfumo katika halijoto na sauti isiyobadilika ni ya hiari ikiwa dA ≤0. Kwa hivyo mabadiliko ni ya hiari wakati yanalingana na kupungua kwa nishati ya Helmholtz. Kwa hivyo, mifumo hii husogea kwa njia ya moja kwa moja, ili kutoa thamani ya chini A.
Nishati ya bure ya Gibbs inahusiana na mabadiliko yanayotokea kwa shinikizo la mara kwa mara. Wakati nishati ya joto inapohamishwa kwa shinikizo la mara kwa mara, kuna kazi ya upanuzi tu; kwa hivyo, tunarekebisha na kuandika mlinganyo wa 2 kama ifuatavyo.
TdS ≥dH
Mlinganyo huu unaweza kupangwa upya ili kutoa dH-TdS≤0. Kwa neno Gibbs free energy, G, mlinganyo huu unaweza kuandikwa kama, G=H-TS
Kwa halijoto isiyobadilika na shinikizo, miitikio ya kemikali hujitokea yenyewe katika mwelekeo wa kupunguza nishati isiyolipishwa ya Gibbs. Kwa hivyo, dG ≤0
Nishati Ya Kawaida Isiyolipishwa ni nini?
Nishati isiyolipishwa ya kawaida ni nishati isiyolipishwa iliyobainishwa katika hali ya kawaida. Hali ya kawaida ni joto, 298 K; shinikizo, 1 atm au 101.3 kPa; na vimumunyisho vyote katika mkusanyiko wa M 1. Nishati ya kawaida isiyolipishwa inaashiriwa kama Go.
Kuna tofauti gani kati ya Nishati Bila Malipo na Nishati Kawaida Isiyolipishwa?
• Katika kemia, nishati isiyolipishwa inarejelewa Gibbs nishati isiyolipishwa. Inahusiana na mabadiliko yanayotokea kwa shinikizo la mara kwa mara. Nishati isiyolipishwa ya kawaida ni nishati isiyolipishwa iliyobainishwa katika hali ya kawaida.
• Kwa hivyo, nishati ya kawaida isiyolipishwa inatolewa kwa halijoto ya 298K na shinikizo la atm 1, lakini thamani ya nishati isiyolipishwa inaweza kubadilika kulingana na halijoto na shinikizo.
