হেলহোল্টজ মুক্ত শক্তি: ইউনিট, এটি কীভাবে গণনা করা যায়, অনুশীলনগুলি সমাধান করে - রসায়ন - 2025

Helmholtz বিনামূল্যে শক্তির একটি তাপগতীয় সম্ভাব্য যে ধ্রুব তাপমাত্রা এবং ভলিউম অধীনে একটি বদ্ধ সিস্টেমের দরকারী কাজ পরিমাপ করা হয়। হেলমহোল্টজের মুক্ত শক্তি F হিসাবে চিহ্নিত করা হয় এবং এটি তাপমাত্রা T এবং এন্ট্রপির এস এর উত্পাদনের জন্য অভ্যন্তরীণ শক্তি বিয়োগের পার্থক্য হিসাবে সংজ্ঞায়িত হয়:

F = U - T⋅S

যেহেতু এটি শক্তি, এটি আন্তর্জাতিক সিস্টেমে (এসআই) জোলসে পরিমাপ করা হয়, যদিও অন্যান্য উপযুক্ত ইউনিটগুলি এর্গ (সিজিএস), ক্যালোরি বা ইলেক্ট্রন ভোল্ট (ইভি) হতে পারে।

চিত্র 1. হেলহোল্টজ শক্তির সংজ্ঞা। সূত্র: পিক্সাবে।

কোনও প্রক্রিয়া চলাকালীন হেলমহোল্টজ শক্তির নেতিবাচক প্রকরণটি আইসোকোরিক প্রক্রিয়াতে সিস্টেমটি যে সর্বাধিক কাজ করতে পারে তার সমতুল্য, যা স্থির পরিমাণে। যখন ভলিউমটি অবিচ্ছিন্ন না রাখা হয়, তখন এই কাজের কিছু অংশ পরিবেশে করা যায়।

এই ক্ষেত্রে, আমরা এমন কাজের জন্য উল্লেখ করি যেখানে ভলিউমটি পরিবর্তিত হয় না যেমন বৈদ্যুতিক কাজ: dW =,dq,। বৈদ্যুতিক সম্ভাব্য হিসাবে এবং বৈদ্যুতিক চার্জ হিসাবে q হিসাবে।

তাপমাত্রাও যদি স্থির থাকে তবে ভারসাম্যটি পৌঁছে গেলে হেলহোল্টজ শক্তি হ্রাস করা হয়। এই সমস্ত কিছুর জন্য, হেলহোল্টজ শক্তি ধ্রুবক ভলিউম প্রক্রিয়াগুলিতে বিশেষভাবে কার্যকর। এক্ষেত্রে আপনার রয়েছে:

- স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়াটির জন্য: <F <0

- যখন সিস্টেমটি ভারসাম্যহীন থাকে: ΔF = 0

- একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়াতে: ΔF> 0।

কীভাবে হেলহোল্টজ মুক্ত শক্তি গণনা করা হয়?

শুরুতে যেমন বলা হয়েছে, হেলমহোল্টজ এনার্জিটিকে "সিস্টেমের অভ্যন্তরীণ শক্তি ইউ, সিস্টেমের পরম তাপমাত্রা টি এর বিয়োগফল এবং সিস্টেমের এনট্রপি এস" হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়:

F = U - T⋅S

এটি তাপমাত্রা টি এবং ভলিউম ভি এর একটি ফাংশন this এটি কল্পনা করার পদক্ষেপগুলি নিম্নরূপ:

- থার্মোডায়নামিক্সের প্রথম আইন থেকে শুরু করে, অভ্যন্তরীণ শক্তি ইউটি সিস্টেমের এনট্রপি এস এবং এর বিভক্তির সাথে বিপরীত প্রক্রিয়াগুলির জন্য এর ভলিউম V এর সাথে সম্পর্কিত:

এ থেকে এটি অনুসরণ করে যে অভ্যন্তরীণ শক্তি ইউ হ'ল ভেরিয়েবলগুলির একটি ফাংশন, তাই:

- এখন আমরা এফ এবং সংজ্ঞা গ্রহণ করি:

- সেখানে প্রথম ধাপে Uাবির পক্ষে প্রাপ্ত ডিফারেনশিয়াল এক্সপ্রেশনটি প্রতিস্থাপন করে, এটি রয়ে গেছে:

- অবশেষে এই সিদ্ধান্তে পৌঁছে যে F তাপমাত্রা টি এবং ভলিউম ভি এর একটি ফাংশন এবং এটি প্রকাশ করা যেতে পারে:

চিত্র 2. হারমান ভন হেলহোল্টজ (1821-1894), জার্মান পদার্থবিদ এবং চিকিত্সক, বিজ্ঞানের অন্যান্য ক্ষেত্রগুলির মধ্যে বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয়তা এবং থার্মোডাইনামিক্সে তাঁর অবদানের জন্য স্বীকৃত। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স।

স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়া

হেলহোল্টজ শক্তি বিচ্ছিন্ন সিস্টেমে স্বতঃস্ফূর্ততার সাধারণ মানদণ্ড হিসাবে প্রয়োগ করা যেতে পারে তবে প্রথমে কিছু ধারণা নির্দিষ্ট করা সুবিধাজনক:

- একটি বদ্ধ ব্যবস্থা পরিবেশের সাথে শক্তির বিনিময় করতে পারে, তবে পদার্থের বিনিময় করতে পারে না।

- অন্যদিকে, একটি বিচ্ছিন্ন সিস্টেম পরিবেশের সাথে পদার্থ বা শক্তি বিনিময় করে না।

- অবশেষে, একটি মুক্ত ব্যবস্থা পরিবেশের সাথে পদার্থ এবং শক্তি বিনিময় করে।

চিত্র 3. থার্মোডাইনামিক সিস্টেম। সূত্র: উইকিমিডিয়া কমন্স। এফজেগার (বিআইএস)।

বিপরীতমুখী প্রক্রিয়াগুলিতে অভ্যন্তরীণ শক্তির প্রকরণটি নিম্নলিখিতভাবে গণনা করা হয়:

এখন ধরুন একটি ধ্রুবক ভলিউম প্রক্রিয়া (আইসোকোরিক), যাতে পূর্বের এক্সপ্রেশনটির দ্বিতীয় পদটির শূন্য অবদান রয়েছে। এটিও মনে রাখা উচিত যে ক্লাসিয়াস অসমতার মতে:

ডিএস ≥ ডিকিউ / টি

এই ধরনের বৈষম্য একটি বিচ্ছিন্ন থার্মোডাইনামিক সিস্টেমের জন্য প্রযোজ্য।

সুতরাং এমন একটি প্রক্রিয়ার জন্য (বিপর্যয়যোগ্য বা না) যেখানে ভলিউম স্থির থাকে, নিম্নলিখিতটি সত্য:

আমরা স্থির তাপমাত্রায় একটি আইসোকোরিক প্রক্রিয়াতে এটি সন্তুষ্ট যে: ডিএফ ≤ 0, শুরুতে নির্দেশিত হিসাবে।

সুতরাং হেলমহোল্টজ এনার্জি এফ একটি স্বতঃস্ফূর্ত প্রক্রিয়ায় হ্রাসমান পরিমাণ যতক্ষণ না এটি একটি বিচ্ছিন্ন সিস্টেম। বিপরীতমুখী ভারসাম্য পৌঁছে গেলে এফ তার সর্বনিম্ন এবং স্থিতিশীল মানে পৌঁছে যায়।

সমাধান ব্যায়াম

অনুশীলনী 1

আইসোথার্মাল সম্প্রসারণের সময় 300 কে তাপমাত্রায় আদর্শ গ্যাসের 2 মলের জন্য হেলহোল্টজ মুক্ত শক্তি এফের প্রকরণটি গণনা করুন যা 20 লিটারের প্রাথমিক ভলিউম থেকে 40 লিটারের চূড়ান্ত পরিমাণে সিস্টেমকে নিয়ে যায়।

সমাধান

এফ এর সংজ্ঞা থেকে শুরু:

তারপরে F এর একটি সীমাবদ্ধ প্রকরণ, ationF বলা হবে:

যেহেতু বিবৃতিতে বলা হয়েছে যে তাপমাত্রা স্থিতিশীল: ΔT = 0. এখন আদর্শ গ্যাসগুলিতে অভ্যন্তরীণ শক্তি কেবল তাদের নিখরচ তাপমাত্রার উপর নির্ভর করে, তবে যেহেতু এটি একটি সমজাতীয় প্রক্রিয়া, তাই ΔU = 0 এবং ΔF = - T ΔS । আদর্শ গ্যাসগুলির জন্য, একটি আইসোথার্মাল প্রক্রিয়াটির এনট্রপি পরিবর্তন নিম্নরূপ লিখিত হয়:

এই অভিব্যক্তি প্রয়োগ করা:

পরিশেষে, হেলহোল্টজ শক্তির পরিবর্তন হ'ল:

অনুশীলন 2

একটি সিলিন্ডারের অভ্যন্তরে একটি পিস্টন রয়েছে যা এটিকে দুটি বিভাগে বিভক্ত করে দেয় এবং পিস্টনের প্রতিটি পাশে একটি একতাত্ত্বিক আদর্শ গ্যাসের এন মোলস রয়েছে, যেমন নীচের চিত্রটিতে দেখানো হয়েছে।

সিলিন্ডার দেয়াল হিট (ডায়াডার্মিক) এর ভাল কন্ডাক্টর এবং তাপমাত্রা টি _{ও এর} জলাধারের সাথে যোগাযোগ করে ।

সিলিন্ডার বিভাগে প্রতিটি প্রাথমিক ভলিউম ভী হয় _{1 আমি} ও V _{2 আমি} যখন তাদের চূড়ান্ত ভলিউম ভী হয়, _1F ও V _2f আপাতদৃষ্টিতে স্ট্যাটিক স্থানচ্যুতি পরে। পিস্টনটি কোনও প্লাঞ্জারের মাধ্যমে সরানো হয় যা হারমেটিকভাবে দুটি সিলিন্ডারের throughাকনা দিয়ে যায়।

এটি জানতে জিজ্ঞাসা করে:

ক) গ্যাসের অভ্যন্তরীণ শক্তির পরিবর্তন এবং সিস্টেম দ্বারা করা কাজ এবং

খ) হেলহোল্টজ শক্তির বিভিন্নতা।

সমাধান

যেহেতু পিস্টনটি আধা-স্থিতিশীলভাবে চলে আসে, তাই সিলিন্ডারের দুটি বিভাগে চাপের পার্থক্যের কারণে পিস্টনে প্রয়োগ হওয়া বাহ্যিক বাহিনীটিকে বলের ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে।

চিত্র 4. দুটি চেম্বার সহ একটি সিলিন্ডারে মুক্ত শক্তির এফের বিভিন্নতা। সূত্র: এফ.জাপাটা।

কাজ DW বহিরাগত বাহিনী এফ দ্বারা সম্পন্ন _EXT সময় একটি ক্ষুদ্রাতিক্ষুদ্র স্থানচ্যুতি DX হয়:

যেখানে সম্পর্ক ডিভি ₁ = - ডিভি ₂ = একটি ডেক্স ব্যবহার করা হয়েছে, যেখানে একটি হ'ল পালকের ক্ষেত্রফল। অন্যদিকে, হেলহোল্টজ শক্তির বিভিন্নতা:

যেহেতু প্রক্রিয়া চলাকালীন তাপমাত্রা পরিবর্তন হয় না, তারপরে dT = 0 এবং dF = - PdV। সিলিন্ডারের প্রতিটি বিভাগে এই অভিব্যক্তিটি প্রয়োগ করা:

এফ ₁ এবং এফ ₂ হেলমহোল্টজ প্রতিটি চেম্বারে শক্তি দেয়।

সীমাবদ্ধ কাজ ডাব্লু প্রতিটি চেম্বারের হেলমহোল্টজ শক্তির সীমাবদ্ধতা থেকে গণনা করা যেতে পারে:

সমাধান খ

হেলহোল্টজ শক্তির পরিবর্তন সন্ধান করার জন্য, সংজ্ঞাটি ব্যবহৃত হয়: F = U - T এস যেহেতু প্রতিটি চেম্বারে ধ্রুবক তাপমাত্রা টি _ও তে একজাতীয় আদর্শ গ্যাস থাকে, তাই অভ্যন্তরীণ শক্তি পরিবর্তন হয় না (ΔU = 0), সুতরাং যে: ΔF = - টি _বা Δ এস। এছাড়াও:

= এস = এনআর এলএন (ভি _চ / ভি)

এটি পরিবর্তিত হয়ে শেষ পর্যন্ত কাজটি করার অনুমতি দেয়:

যেখানে ΔF _মোট হেলমহোল্টজ শক্তির _মোট পার্থক্য।

তথ্যসূত্র

1. চেস্টনটস ই। বিনামূল্যে শক্তি ব্যায়াম। উদ্ধার করা হয়েছে: lidiaconlaquimica.wordpress.com থেকে
2. Libretexts। হেলহোল্টজ এনার্জি পুনরুদ্ধার: chem.libretexts.org থেকে
3. Libretexts। ফ্রি এনার্জি কি। পুনরুদ্ধার: chem.libretexts.org থেকে
4. উইকিপিডিয়া। হেলহোল্টজ শক্তি পুনরুদ্ধার করা হয়েছে: es.wikedia.com.com থেকে
5. উইকিপিডিয়া। হেলহোল্টজ মুক্ত শক্তি। পুনরুদ্ধার করা হয়েছে: en.wikedia.com থেকে ipedia