Свободна енергия на Гибс: Разлика между версии

Интерактивен преглед на историята

← По-стара редакция По-нова редакция →

Изтрито е съдържание Добавено е съдържание

ВизуаленУикитекст

Линейно

Версия от 10:50, 24 май 2018

Серия статии на тема
Статистическа физика

Формализъм

Ергодична хипотеза ⋅ микросъстояние/макросъстояние ⋅ Статистическа сума ⋅ Матрица на плътността

Статистически ансамбли

микроканоничен ⋅ каноничен ⋅ голям каноничен

Квантови статистики

Максуел-Болцман ⋅ Тъждественост ⋅ Ферми-Дирак ⋅ Фермион ⋅ Бозе-Айнщайн ⋅ Бозон

Потенциали

Вътрешна енергия ⋅ Свободна енергия на Хелмхолц ⋅ Свободна енергия на Гибс ⋅ Енталпия ⋅ Свободна енталпия ⋅ Ентропия

Газове от частици

Изроден ферми-газ ⋅ Бозе-Айнщайнова кондензация ⋅ Закон на Планк

Известни модели

Айнщайн ⋅Дебай ⋅ Изинг ⋅ Гинзбург-Ландау

Физици

Келвин ⋅ Максуел ⋅ Гибс ⋅ Болцман ⋅ Планк ⋅ Паули ⋅ Дирак ⋅ Бозе ⋅ Айнщайн

В термодинамиката енергията на Гибс (G) отбелязва способността на даден процес да протича спонтанно. Тя е наречена така в чест на американския учен Джошуа Гибс. По дефиниция свободната енергия на Гибс $\mathbf {G}$ е равна на

\mathbf {G} =\mathbf {U} +\mathbf {p} \mathbf {V} -\mathbf {T} .\mathbf {S}

където с $\mathbf {U}$ е зададена вътрешната енергия на системата, с $\mathbf {S}$ е отбелязана ентропията, а с $\mathbf {T}$ , $\mathbf {V}$ , $\mathbf {p}$ – съответно температурата, измерена в Келвини, обема и налягането на системата. От дефиницията следва, че енергията на Гибс G е свързана с енталпията по формулата

\mathbf {G} =\mathbf {H} -\mathbf {T} .\mathbf {S}

където с $\mathbf {H}$ е означена енталпията, която е дефинирана като $\mathbf {H} =\mathbf {U} +\mathbf {p} \mathbf {V}$ .

В диференциална форма изменението на енергията на Гибс се задава с уравнението:

\mathbf {dG=Vdp-SdT+\sum \mu _{i}dN_{i}}

тук с dN_i е обозначено изменението на количеството вещество на даден компонент i, а с μ_i химичният потенциал на този компонент. Енергията на Гибс може следователно да се представи като функция на температурата, налягането и количеството вещество. Всички тези величини са лесноизмерими и достъпни, затова G много по-удобна при практическа работа, в сравнение с другите термодинамични потенциали (вътрешна енергия, енталпия, енергия на Хелмхолц). Уравнението се опростява ако системата не обменя вещество с околната среда (dN_i=0), при изобарни процеси (dp = 0) или изотермични процеси (dT=0). Пример: ако dT и dp = 0, тогава изменението на G е равно на :

\mathbf {dG=\sum \mu _{i}dN_{i}}

Ако при дадена химична реакция енергията на Гибс намалява, т.е. $\Delta \mathbf {G} <0$ , то реакцията протича спонтанно. Ако $\Delta \mathbf {G} >0$ , тогава реакцията протича само ако външни сили повлияят на системата. Ако $\Delta \mathbf {G} =0$ , то системата е в динамично равновесие – скоростиете на правата и обратната реакция са равни. В състояние на равновесие енергията на Гибс на системата е минимална.

Изменението на енергията на Гибс е и мярка за максималната работа, която една система може да извърши. Изменението на енергията на Гибс ΔG при дадена реакция е свързано с редица физикохимични величини: равновесна константа, електроден потенциал.

Вижте също

Свободна енергия на Хелмхолц

@@ Ред 1: / Ред 1: @@
 {{без източници}}
 {{Статистическа физика}}
-В термодинамиката енергията на Гибс '''G''' отбелязва способността на даден процес да протича спонтанно. Тя е наречена така в чест на американския учен [[Джошуа Гибс]]. По дефиниция свободната енергия на Гибс <math>\mathbf{G}</math> е равна на
+В [[термодинамика]]та '''енергията на Гибс''' ('''G''') отбелязва способността на даден процес да протича спонтанно. Тя е наречена така в чест на американския учен [[Джошуа Гибс]]. По дефиниция свободната енергия на Гибс <math>\mathbf{G}</math> е равна на
 <center><math>\mathbf {G}=\mathbf{U}+\mathbf{p}\mathbf{V}-\mathbf{T}. \mathbf{S}</math></center>
-където с <math>\mathbf {U}</math> е зададена [[вътрешна енергия|вътрешната енергия]] на системата, с <math>\mathbf{S}</math> е отбелязана [[ентропия]]та, а с <math>\mathbf{T}</math>, <math>\mathbf{V}</math>, <math>\mathbf{p}</math> - съответно [[температура]]та, измерена в Келвини, [[обем]]а и [[налягане]]то на системата. От дефиницията следва, че енергията на Гибс '''G''' е свързана с  [[енталпия]]та по формулата
+където с <math>\mathbf {U}</math> е зададена [[вътрешна енергия|вътрешната енергия]] на системата, с <math>\mathbf{S}</math> е отбелязана [[ентропия]]та, а с <math>\mathbf{T}</math>, <math>\mathbf{V}</math>, <math>\mathbf{p}</math> – съответно [[температура]]та, измерена в Келвини, [[обем]]а и [[налягане]]то на системата. От дефиницията следва, че енергията на Гибс '''G''' е свързана с [[енталпия]]та по формулата
 <center><math> \mathbf {G} = \mathbf {H}-\mathbf {T}. \mathbf {S}</math></center>
 където с <math>\mathbf{H}</math> е означена енталпията, която е дефинирана като <math>\mathbf{H}=\mathbf{U}+\mathbf{p}\mathbf{V}</math>.
 В диференциална форма изменението на енергията на Гибс се задава с уравнението:
@@ Ред 15: / Ред 16: @@
 тук с dN<sub>i</sub> е обозначено изменението на количеството вещество на даден компонент i, а с μ<sub>i</sub> [[химичен потенциал|химичният потенциал]] на този компонент. Енергията на Гибс може следователно да се представи като функция на температурата, налягането и количеството вещество. Всички тези величини са лесноизмерими и достъпни, затова G много по-удобна при практическа работа, в сравнение с другите [[термодинамичен потенциал|термодинамични потенциали]] ([[вътрешна енергия]], [[енталпия]], [[свободна енергия на Хелмхолц|енергия на Хелмхолц]]). Уравнението се опростява ако системата не обменя вещество с околната среда (dN<sub>i</sub>=0), при изобарни процеси (dp = 0) или изотермични процеси (dT=0). Пример:
-ако dT  и dp = 0, тогава изменението на G е равно на :
+ако dT и dp = 0, тогава изменението на G е равно на :
 <center><math> \mathbf {dG = \sum \mu_i dN_i }</math></center>
-Ако при дадена химична реакция енергията на Гибс намалява, т.е. <math>\Delta \mathbf{G}<0</math>, то реакцията протича спонтанно. Ако <math>\Delta \mathbf{G}>0</math>, тогава реакцията протича само ако външни сили повлияят на системата. Ако <math>\Delta \mathbf{G} =0</math>, то системата е в динамично равновесие - скоростиете на правата и обратната реакция са равни. В състояние на равновесие енергията на Гибс на системата е минимална.
+Ако при дадена химична реакция енергията на Гибс намалява, т.е. <math>\Delta \mathbf{G}<0</math>, то реакцията протича спонтанно. Ако <math>\Delta \mathbf{G}>0</math>, тогава реакцията протича само ако външни сили повлияят на системата. Ако <math>\Delta \mathbf{G} =0</math>, то системата е в динамично равновесие – скоростиете на правата и обратната реакция са равни. В състояние на равновесие енергията на Гибс на системата е минимална.
 Изменението на енергията на Гибс е и мярка за максималната [[механична работа|работа]], която една система може да извърши. Изменението на енергията на Гибс ΔG при дадена реакция е свързано с редица физикохимични величини: [[равновесна константа]], [[електроден потенциал]].
 == Вижте също ==