صاغ العالم غيبس ( Gibbs ) العلاقة التالية :
التغير في الطاقة الحرة = التغير في المحتوى الحراري – درجة الحرارة × التغير في الاعتلاج
بالرموز : dG = dH – T× dS
تمثل هذه العلاقة العاملين اللذين يسهمان في تلقائية العملية الكيميائية (أي التفاعل) ، و التفاعل التلقائي هو الذي يحصل لوحده بدون مساعدة خارجية مستمرة (لاحظ امكانية المساعدة و لكن بشرط عدم الاستمرار حتى النهاية(
مما يضمن حصول تفاعل تلقائي أن تكون dH سالبة (أي التفاعل طارد للحرارة) و أن تكون dS موجبة (أي تنجم عن التفاعل زيادة في الاعتلاج). هذان العملان موجودان في حرق الغازولين ، و بالتالي تكون dG لتفاعل الحرق سالبة ، و بالتالي التفاعل تلقائي و محبذ .
الكمية G سميت طافة حرة لان dG تمثل أقصى كمية طاقة (مأخوذة من عملية تحصل على درجة حرارة و ضغط ثابتين) تكون متوفرة أو متاحة(غير المقيدة لهدف آخر) لاداء أقصى شغل نافع . لذلك يمكن اعتبار هذه الطاقة بمثابة مؤشر على مقدار أقصى شغل ( w ) نافع مستمد من عملية معينة :
(dG= w )maximum
على أرض الواقع ، الشغل الحقيقي (w)actual المستخرج من عملية أقل من تلك الكمية التي تتوقعها dG . أحد أسباب ذلك أن العمليات التلقائية الحقيقية تكون دائما غير منعكسة ، وان أقصى شغل يمكن استخلاصه هو فقط من تغيير منعكس بشكل حقيقي .
dG تعطينا هدفا نقوم بالسير نحوه لغرض الحصول على أقصى شغل نافع و ذلك عبر تطوير العمليات و الاجهزة .
افترض أن شخصا قام بحرق غازولين في وعاء مفتوح و هو يتفرج على منظر النار ، فلا شك أن الشغل الناتج عن الحرق يساوي صفرا . عند حرق الغازولين في أسطوانات السيارة المرتبطة بمكابس (داخل المحرك ) ، من كل dG مساوية - 100 كيلوجول نقوم بتحصيل حوالي 20 كيلو جول كشغل نافع في غالبية نماذج السيارات . هذا يعني أن محرك السيارة ضئيل الفعالية (تماما كطالب حصل على علامة 20/100 في امتحان(
مصباح أديسون الكهربائي فعاليته منخفضة جدا (5%) لان هنالك سلسلة من أحداث الضياع للطاقة منذ حرق الوقود لتوليد القدرة و انتهاء باشعال المصباح . يقول البروفيسور جون ماكنتاير " هنالك ضياع أثناء التحولات من طاقة كيميائية – كامنة في الوقود – الى طاقة حرارية ثم طاقة ميكانيكية – دوران التوربينات – ثم طاقة كهربائية – تولد في المحول – وصولا الى طاقة الضوء المرئي" .
يعتبر دماغ الانسان آلة الكون الذهبية . لو افترضنا أن dG لهذه الآلة = -100 كيلوجول ، فان الاستفادة من شغل نافع عند غالبية البشر حاليا لا تصل سوى الى 3 – 4 كيلوجول فقط ! أي الفعالية 3-4% . في عصور سابقة ، كنت ترى الفتى الصغير من أمتنا الاسلامية يحفظ القرآن الكريم قبل أن يتعدى عمره 10 سنوات و كان العربي يحفظ القصيدة فور سماعها لمرة واحدة و كان العالم المسلم يتقن عدة علوم في نفس الوقت و كان هذا العالم يؤلف كتبا كثيرة (يقال أن الامام جلال الدين السيوطي له 365 كتاب – كل كتاب فيه ابداع مختلف – مع أن الرجل عاش 36 سنة فقط ). هذا الصفاء الذهني خسره الناس نتيجة عوامل كثيرة منها : عدم التركيز ، بعثرة الجهود ، الالتهاء بالامور الجانبية ...و القائمة طويلة .
المصدر: مجلة المياه
أضف تعليقاً