energia libera

energia libera

Quota di energia che, in un sistema termodinamico, può essere trasformata in lavoro. Essa può essere definita secondo due modalità differenti, che danno luogo a due diverse funzioni dette energia libera di Helmholtz ed energia libera di Gibbs. La prima si può scrivere come F=U−TS, dove U è l’energia interna, S l’entropia e T la temperatura assoluta. Da questa espressione segue pertanto che U=F+TS, e quindi si può concludere che solo una parte (pari a F) dell’energia interna U può essere impiegata come lavoro meccanico, mentre il resto (pari a TS) risulta inutilizzabile in quanto energia legata. L’energia libera di Gibbs, invece, si può scrivere come G=H−TS, dove H è l’entalpia, la quale sostituisce l’energia intensa in condizioni di pressione costante. Da queste relazioni si vede che, in un sistema isolato, -l’energia libera non può aumentare: in una trasformazione irreversibile pertanto non è possibile ottenere un rendimento unitario e un moto perpetuo di seconda specie. La diminuzione di energia libera associata a una trasformazione fornisce il massimo lavoro che il sistema può compiere sull’esterno. Per es., in una cella a combustibile, che trasforma direttamente energia chimica in energia elettrica, il lavoro massimo che si può ottenere è uguale alla corrispondente variazione di energia libera. In chimica, il potenziale di una specie è definito come l’energia libera associata (a concentrazione costante) all’interno di un sistema con più componenti.

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