Energi bebas – pengertian dan jenisnya

Energi bebas (Juga disebut energi bebas termodinamika), seperti energi internal, mengacu pada jenis energi yang beroperasi pada tingkat mikroskopis dan yang juga memanifestasikan dirinya sebagai jumlah usaha yang dapat dilakukan sistem.

Sederhananya, Energi bebas adalah bagian dari energi total sistem termodinamika yang mampu diubah menjadi jenis energi lain.

Di bidang fisika, kimia, dan teknik, energi bebas termodinamika memungkinkan untuk mempelajari reaksi fisika-kimia bahan dalam kondisi apa pun. Tentu saja, untuk ini mereka didasarkan pada prinsip-prinsip termodinamika, di mana energi bebas dianggap sebagai perbedaan yang dihasilkan antara energi internal suatu benda dan jumlah energi yang tidak dapat digunakan untuk melakukan usaha.

Dari premis ini, energi bebas telah dipisahkan menjadi tiga cara berbeda yang dikenal sebagai “potensial termodinamika.” Jadi, jenis energi bebas dalam termodinamika adalah energi dalam, energi bebas Gibbs, energi bebas Helmholtz, dan entalpi. Menurut Sistem Internasional, energi bebas diukur dalam satuan J / mol.

Harus diperhitungkan bahwa energi bebas tidak dapat dilihat dengan mata, karena ini adalah fenomena termodinamika yang memanifestasikan dirinya pada skala mikroskopis dan dipelajari dari sistem termodinamika. Karena itu, cara sebenarnya untuk melihat dirinya di dunia nyata adalah melalui konversinya menjadi jenis energi lain seperti listrik, kimia, energi panas, dll.

Potensial termodinamika energi bebas

Seperti yang baru saja kami jelaskan, ada empat interpretasi yang berbeda dari energi bebas termodinamika tergantung pada parameter yang digunakan untuk mempelajari suatu sistem. Kami menjelaskan masing-masing di bawah ini.

1- Energi dalam

Energi dalam adalah jenis energi bebas termodinamika yang dimiliki sistem tanpa harus menggunakan energi eksternal. Artinya, itu adalah energi yang diperlukan untuk membentuk sistem termodinamika tanpa menyerap energi dari lingkungan terdekatnya dalam bentuk suhu atau volume. Energi internal biasanya dilambangkan sebagai “U” dalam termodinamika.

Energi dalam dihitung dengan menggunakan ekspresi matematika berikut:

ΔU = Q – ΔW

Dalam persamaan ini:

  • U = Energi dalam
  • Q = Energi yang masuk ke sistem.
  • W = Energi yang keluar dari sistem.

2- Energi bebas Gibbs

Energi bebas Gibbs (sebelumnya dikenal sebagai energi yang tersedia), juga disebut entalpi bebas, adalah potensial termodinamika yang digunakan untuk menggambarkan jumlah maksimum usaha reversibel yang dapat dilakukan sistem termodinamika di bawah tekanan dan suhu konstan.

Dijelaskan dengan cara lain, ini mengacu pada jumlah kerja terbatas yang dapat dilakukan sistem termodinamika tertutup (sistem yang dapat memberi dan memberi energi ke sekelilingnya, tetapi bukan materi).

Energi Gibbs secara simbolis direpresentasikan sebagai “G” dalam termodinamika, itu dihitung dengan menggunakan rumus matematika berikut.

ΔG = H – T * ΔS

Dalam persamaan ini:

  • G = energi bebas Gibbs
  • H = Entalpi sistem termodinamika yang dipelajari.
  • T = suhu mutlak sistem termodinamika yang diteliti.
  • S = Entropi akhir.

3- Energi bebas Helmholtz

Energi bebas Helmholtz (juga dikenal sebagai fungsi kerja), adalah potensial termodinamika yang digunakan untuk menentukan jumlah kerja yang dapat dilakukan sistem termodinamika dalam kondisi suhu dan tekanan konstan. Tidak seperti energi bebas Gibbs, dalam hal ini proses transformasi sistem tidak diperhitungkan, karena hanya keadaan awal dan akhir sistem yang penting.

Jenis energi ini sering membantu menentukan kapan suatu sistem melakukan kerja, karena setiap perubahan suhu akan berarti bahwa sebagian kerja telah dilakukan oleh lingkungan di sekitar sistem termodinamika.

Energi bebas Helmholtz diwakili oleh huruf “F” dan dihitung menggunakan persamaan matematika berikut:

ΔF = U – T * ΔS

Dalam persamaan ini:

  • G = Energi bebas Helmholtz.
  • U = Energi internal sistem termodinamika yang dipelajari.
  • T = suhu mutlak sistem termodinamika yang diteliti.
  • S = Entropi akhir.

4- Entalpi

Entalpi adalah potensial termodinamika yang direpresentasikan sebagai “H”, dan itu didefinisikan sebagai jumlah energi yang diperlukan untuk membuat sistem termodinamika bersama dengan pekerjaan yang dilakukan untuk membentuknya. Sederhananya, itu adalah energi yang sistem termodinamika berubah dengan lingkungannya.

Entalpi dapat dihitung secara matematis melalui persamaan berikut:

ΔH = U – P * ΔV

Dalam persamaan ini:

  • H = Entalpi.
  • U = Energi dalam sistem termodinamika.
  • P = Tekanan sistem termodinamika.
  • V = Volume sistem termodinamika.

Related Posts