3)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 = S1 + S2
Ентропія є функцією стану системи, її зміна не залежить від способу переходу з кінцевого стану у початковий: ΔS = Sf − Si. 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,xi) або W(S,P,N,xi), де N — число частинок системи, xi — 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 xi 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.
Визначення
Класичним визначенням енергії Гіббса є вираз
де U - внутрішня енергія, P - тиск, V - об'єм, T - абсолютна температура, S - ентропія.
Диференціал енергії Гіббса для системи з постійним числом частинок, виражений у власних змінних - через тиск p і температуру T:
Для системи із змінним числом частинок цей диференціал записується так:
Тут μ - хімічний потенціал, який можна визначити як енергію, яку необхідно затратити, щоб додати в систему ще одну частку.