Ентропія та ентальпія. Вільна енергія Гіббса

Ентроп́ія S — в термодинаміці міра енергії у термодинамічній системі, яка не може бути використана для виконання роботи. Вона також є мірою безладдя, присутнього в системі.

Поняття ентропії було вперше введено у 1865 році Рудольфом Клаузіусом. Він визначив зміну ентропії термодинамічної системи при оборотному процесі як відношення загальної кількості теплоти ΔQ, отриманої або втраченої системою, до величини абсолютної температури T:

Рудольф Клаузіус дав величині S назву «ентропія», утворивши її від грецького слова τρoπή, «зміна» (зміна, перетворення).

Рівність відноситься саме до зміни ентропії. У термодинаміці ентропія визначається лише з точністю до сталої.

Зв'язок між теплоємністю та ентропією дається формулою

Властивості ентропії: Ентропія є екстенсивною величиною(залежить від маси і об'єму системи), тому сумарна ентропія двох систем

S = S ₁ + S ₂

Ентропія є функцією стану системи, її зміна не залежить від способу переходу з кінцевого стану у початковий: Δ S = S_f − S_i. В самочинних поцесах, які протікають в ізольованій системі, ентропія зростає(ΔS>0), а в оборотних рівноважних — вона незмінна (ΔS=0).

Ізоентропійність — незмінність ентропії; ізоентропійні п р о ц е с и — зміна стану фізичної системи, коли не змінюється її ентропія.

Ентальпі́я (або теплова функція, від грец. enthálpo — «нагріваю») — термодинамічний потенціал, що характеризує стан термодинамічної системи при виборі як основних незалежних змінних ентропії (S) і тиску (P). Позначається H (S, P, N, x_i) або W (S, P, N, x_i), де N — число частинок системи, x_i — інші макроскопічні параметри системи. Ентальпія — адитивна функція, тобто ентальпія всієї системи дорівнює сумі ентальпій її складових частин. Із внутрішньою енергією E системи ентальпія зв'язана співвідношенням:

,

де E - внутрішня енергія, P - тиск, V - об'єм.

Таким чином ентальпія дорівнює сумі внутрішньої енергії і добутку тиску на об'єм.

Ентальпія залежить від тиску й ентропії системи, тобто при незмінних N і x_i її повний диференціал дорівнює:

.

Ентальпія використовується для опису ізобарних процесів, тобто процесів, які відбуваються при сталому тиску. Якщо процес проходить при сталому тиску, то приріст ентальпії дорівнює переданій тілу теплоті dQ = TdS.

Тож,

,

.

Вільна енергія Гіббса (або просто енергія Гіббса, або потенціал Гіббса, або термодинамічний потенціал у вузькому значенні) - це термодинамічний потенціал такого вигляду:

Енергію Гіббса можна розуміти як повну хімічну енергію системи (кристала, рідини і т.п.)

Поняття енергії Гіббса широко використовується в термодинаміці та хімії.

Дата добавления: 2015-05-24