Aby zrozumieć termodynamikę, entalpia i entropia to dwa podstawowe pojęcia, których nikt nie może przegapić. Znajomość różnicy między entalpią a entropią nie tylko pomaga nam zdać egzamin z nauk ścisłych, ale także zapewnia racjonalne wyjaśnienie wielu procesów, których jesteśmy świadkami w naszym codziennym życiu. Od zmieniających się faz po transfer energii w jednym stanie, termodynamika może to wszystko wyjaśnić.
Entalpia kontra entropia
Różnica między entalpią a entropią polega na tym, że entalpia jest miarą całkowitej energii układu, która jest sumą energii wewnętrznej i iloczynu ciśnienia i objętości. Z drugiej strony entropia to ilość energii cieplnej w układzie, która nie jest dostępna do przekształcenia w pracę.
Entalpia układu termodynamicznego jest definiowana jako funkcja stanu obliczana przy stałym ciśnieniu (duża otwarta atmosfera). Jednostka entalpii jest taka sama jak energia, tj. J w jednostce SI, ponieważ jest to suma energii wewnętrznej układu i iloczynu ciśnienia i zmiany objętości. Całkowita entalpia systemu nie może być zmierzona bezpośrednio. Tak więc mierzymy zmianę entalpii systemu.
Mówiąc prościej, entropia jest miarą losowości lub chaosu w systemie. Jest to właściwość rozległa, co oznacza, że wartość entropii zmienia się w zależności od ilości materii obecnej w układzie. Jeśli system jest wysoce uporządkowany (mniej chaotyczny), to ma niską entropię i na odwrót. Jednostką entropii w układzie SI jest J⋅K−1.
Tabela porównawcza między entalpią a entropią
| Parametry porównania | Entalpia | Entropia |
| Definicja | Entalpia to suma energii wewnętrznej i iloczynu ciśnienia i objętości układu termodynamicznego. | Entropia to ilość energii cieplnej systemu, która nie jest dostępna do przekształcenia w pracę mechaniczną lub użyteczną. |
| Pomiar | Całkowita entalpia systemu nie może być zmierzona bezpośrednio, dlatego obliczamy zmianę entalpii. | Pomiar entropii układu odnosi się do ilości nieporządku lub chaosu obecnego w układzie termodynamicznym. |
| Jednostka | Jednostka entalpii w układzie SI jest taka sama jak jednostka energii, dlatego można ją zmierzyć w J. | Jednostką entropii SI jednostki masy jest J⋅K−1⋅kg−1 a dla entropii na jednostkę ilość substancji to J⋅K−1mol−1. |
| Symbol | Entalpia jest oznaczona przez H. | Entropia jest oznaczona przez S. |
| Historia | Naukowiec Heike Kamerlingh Onnes ukuł termin „entalpia”. | Niemiecki fizyk Rudolf Clausius ukuł termin „entropia”. |
| Sprzyjające warunki | System termodynamiczny zawsze faworyzuje minimalną entalpię. | System termodynamiczny zawsze preferuje maksymalną entropię. |
Co to jest entalpia?
Entalpia to właściwość termodynamiczna, która odnosi się do sumy energii wewnętrznej i iloczynu ciśnienia i objętości układu. Entalpia systemu oznacza jego zdolność do uwalniania ciepła, a zatem ma taką samą jednostkę jak energia (dżule, kalorie itp.). Entalpia jest oznaczona przez H.
Nie jest możliwe obliczenie całkowitej entalpii układu, ponieważ niemożliwe jest poznanie punktu zerowego. Tak więc zmiana entalpii jest obliczana między jednym stanem a drugim, gdy ciśnienie jest stałe. Wzór na entalpię to H = E + PV, gdzie E to energia wewnętrzna układu, P to ciśnienie, a V to objętość.
Entalpia ma duże znaczenie w układzie termodynamicznym, ponieważ określa, czy reakcja chemiczna jest endotermiczna czy egzotermiczna. Służy również do obliczania ciepła reakcji, minimalnego zapotrzebowania mocy sprężarki itp.
Co to jest entropia?
Entropia jest właściwością rozległą i jest miarą losowości lub chaosu w układzie termodynamicznym. Wartość entropii zmienia się wraz ze zmianą ilości materii w układzie. Entropia jest oznaczona przez S, a wspólne jednostki entropii to dżule na kelwin J⋅K−1 lub J⋅K−1⋅kg−1 dla entropii na jednostkę masy. Ponieważ entropia mierzy losowość, wysoce uporządkowany system ma niską entropię.
Istnieje kilka metod obliczania entropii układu. Ale dwa z najczęstszych sposobów to obliczanie entropii procesu odwracalnego i procesu izotermicznego. Aby obliczyć entropię procesu odwracalnego, wzór jest następujący: S = kB ln W gdzie kB jest stałą Boltzmanna, a jej wartość wynosi 1,38065 × 10-23 J/K i W to liczba możliwych stanów. Aby obliczyć entropię procesu izotermicznego, wzór to ΔS = ΔQ / T, gdzie ΔQ odnosi się do zmiany ciepła, a T jest temperaturą bezwzględną układu w stopniach Kelvina.
Topienie lodu w wodzie, a następnie jego parowanie w parę jest przykładem narastającego chaosu i malejącej entropii. Gdy kostka lodu nabiera energii, energia cieplna rozluźnia swoją strukturę do postaci cieczy i tym samym zwiększa chaos w układzie. Podobnie dzieje się, gdy ciecz przechodzi w stan pary. Ale skupiając się na systemie, entropia maleje, podczas gdy entropia otoczenia rośnie.
Główne różnice między entalpią a entropią
Wniosek
Zrozumienie różnicy między entalpią a entropią jest bardzo ważne dla wyjaśnienia kilku procesów w przyrodzie. Od topienia lodu po rozwiązywanie złożonych problemów termodynamiki, stosowane są podstawowe pojęcia entalpii i entropii.
Ale entalpii nie można obliczyć bezpośrednio, więc obliczamy jej zmianę między dwiema fazami. Z drugiej strony entropia jest obliczana jako stopień losowości w systemie. Kiedy system zyskuje energię, zaburzenie wzrasta, a entropia maleje i na odwrót.
