एन्ट्रॉपी बनाम एन्थैल्पी
यह तुलना एंट्रॉपी, जो मॉलिक्यूलर डिसऑर्डर और एनर्जी डिस्पर्सल का माप है, और एन्थैल्पी, जो किसी सिस्टम का टोटल हीट कंटेंट है, के बीच बुनियादी थर्मोडायनामिक अंतर को एक्सप्लोर करती है। साइंटिफिक और इंजीनियरिंग डिसिप्लिन में फिजिकल प्रोसेस में केमिकल रिएक्शन स्पॉन्टेनिटी और एनर्जी ट्रांसफर का अनुमान लगाने के लिए इन कॉन्सेप्ट्स को समझना ज़रूरी है।
मुख्य बातें
- एन्ट्रॉपी उस सिस्टम में 'बेकार' एनर्जी को मापती है जो काम नहीं कर सकता।
- एन्थैल्पी कुल हीट एनर्जी को दिखाता है, जिसमें प्रेशर के खिलाफ किया गया काम भी शामिल है।
- यूनिवर्स की टोटल एन्ट्रॉपी लगातार मैक्सिमम स्टेट की ओर बढ़ रही है।
- लैब एक्सपेरिमेंट में एन्थैल्पी में बदलाव को सीधे हीट फ्लो के तौर पर मापा जा सकता है।
एन्ट्रापी क्या है?
एक थर्मोडायनामिक मात्रा जो किसी सिस्टम के अंदर गड़बड़ी या रैंडमनेस की डिग्री को दिखाती है।
- प्रतीक: S
- इकाई: जूल प्रति केल्विन (J/K)
- कोर लॉ: थर्मोडायनामिक्स के दूसरे नियम से चलता है
- प्रकृति: ऊर्जा वितरण का वर्णन करने वाला एक अवस्था फ़ंक्शन
- माइक्रोस्कोपिक व्यू: संभावित माइक्रोस्टेट्स की संख्या के हिसाब से
तापीय धारिता क्या है?
थर्मोडायनामिक सिस्टम का टोटल हीट कंटेंट, जिसमें इंटरनल एनर्जी और प्रेशर-वॉल्यूम वर्क शामिल है।
- प्रतीक: H
- इकाई: जूल (J)
- कोर समीकरण: H = U + PV
- प्रकृति: कुल थर्मल ऊर्जा को बताने वाला एक स्टेट फ़ंक्शन
- एप्लीकेशन: कॉन्सटेंट प्रेशर पर हीट एक्सचेंज कैलकुलेट करने के लिए इस्तेमाल किया जाता है
तुलना तालिका
| विशेषता | एन्ट्रापी | तापीय धारिता |
|---|---|---|
| मौलिक परिभाषा | सिस्टम यादृच्छिकता या अव्यवस्था का माप | एक सिस्टम के भीतर कुल ऊष्मा ऊर्जा |
| मानक प्रतीक | एस | एच |
| एसआई मापन इकाई | J/K (जूल प्रति केल्विन) | जे (जूल) |
| थर्मोडायनामिक फोकस | ऊर्जा फैलाव और संभावना | ऊर्जा स्थानांतरण और ऊष्मा प्रवाह |
| ऊष्मा संयोजन का प्रभाव | जैसे-जैसे कण ज़्यादा आगे बढ़ते हैं, हमेशा बढ़ता है | आंतरिक ऊर्जा बढ़ने पर बढ़ता है |
| सहजता संकेतक | सकारात्मक बदलाव सहजता को बढ़ावा देता है | नेगेटिव बदलाव (एक्सोथर्मिक) अक्सर अपने आप होने को बढ़ावा देता है |
| गणना इस प्रकार की गई | तापमान से विभाजित ऊष्मा स्थानांतरण | आंतरिक ऊर्जा + दाब गुणा आयतन |
विस्तृत तुलना
वैचारिक आधार
एंट्रॉपी एनर्जी की क्वालिटी और डिस्ट्रीब्यूशन पर फोकस करती है, खासकर मॉलिक्यूलर केओस की वजह से काम करने के लिए कितनी एनर्जी अब उपलब्ध नहीं है। इसके उलट, एन्थैल्पी एनर्जी की मात्रा को मापती है, खासकर कॉन्सटेंट प्रेशर कंडीशन में किसी सब्सटेंस द्वारा होल्ड की गई टोटल थर्मल एनर्जी। जहां एंट्रॉपी पार्टिकल्स के अरेंजमेंट को देखती है, वहीं एन्थैल्पी ट्रांज़िशन के दौरान हीट के फ्लो को ट्रैक करती है।
ऊष्मप्रवैगिकी के नियमों से संबंध
एंट्रॉपी दूसरे नियम का मुख्य हिस्सा है, जो बताता है कि एक अलग सिस्टम की कुल एंट्रॉपी समय के साथ हमेशा बढ़नी चाहिए। एन्थैल्पी पहले नियम, या एनर्जी के संरक्षण से ज़्यादा जुड़ी हुई है, क्योंकि यह केमिकल और फिजिकल बदलावों के दौरान सोखी या छोड़ी गई गर्मी का हिसाब रखने में मदद करती है। साथ में, वे गिब्स फ्री एनर्जी को बताते हैं, जो यह तय करती है कि कोई प्रोसेस नैचुरली हो सकता है या नहीं।
चरण परिवर्तन और ऊर्जा
बर्फ पिघलने जैसे फेज़ चेंज के दौरान, दोनों वैल्यू काफी बढ़ जाती हैं। एन्थैल्पी इसलिए बढ़ती है क्योंकि इंटरमॉलिक्यूलर बॉन्ड (लेटेंट हीट) को तोड़ने के लिए एनर्जी की ज़रूरत होती है, जबकि एन्ट्रॉपी इसलिए बढ़ती है क्योंकि लिक्विड स्टेट में सॉलिड स्टेट की तुलना में पार्टिकल मूवमेंट और रैंडमनेस बहुत ज़्यादा होती है। इसलिए, लिक्विड और गैस की तुलना में सॉलिड में आमतौर पर दोनों प्रॉपर्टीज़ का लेवल सबसे कम होता है।
रसायन विज्ञान में व्यावहारिक अनुप्रयोग
केमिस्ट एन्थैल्पी का इस्तेमाल यह पता लगाने के लिए करते हैं कि कोई रिएक्शन एक्सोथर्मिक (गर्मी छोड़ता है) है या एंडोथर्मिक (गर्मी सोखता है) और इसके लिए हीट कंटेंट में बदलाव को मापते हैं। एंट्रॉपी का इस्तेमाल यह अनुमान लगाने के लिए किया जाता है कि क्या कोई रिएक्शन ज़्यादा गड़बड़ स्थिति में ले जाएगा, जैसे कि जब कोई ठोस चीज़ लिक्विड में घुल जाती है या लिक्विड से गैस बनती है। इंजीनियर कुशल हीट इंजन और रेफ्रिजरेशन साइकिल डिज़ाइन करने के लिए दोनों पर भरोसा करते हैं।
लाभ और हानि
एन्ट्रापी
लाभ
- +प्रक्रिया की दिशा का अनुमान लगाता है
- +आणविक व्यवहार की व्याख्या करता है
- +सार्वभौमिक प्रयोज्यता
- +ऊर्जा गुणवत्ता को परिभाषित करता है
सहमत
- −कल्पना करना कठिन
- −अमूर्त गणितीय मूल
- −सीधे मापना कठिन है
- −जटिल इकाइयाँ (J/K)
तापीय धारिता
लाभ
- +सीधे मापने योग्य ऊष्मा
- +औद्योगिक गणनाओं को सरल बनाता है
- +इंजीनियरिंग के लिए आवश्यक
- +स्पष्ट ऊर्जा इकाइयाँ
सहमत
- −निरंतर दबाव मानता है
- −ऊर्जा गुणवत्ता की अनदेखी
- −सहजता की गारंटी नहीं देता
- −एन्ट्रॉपी के बिना अधूरा
सामान्य भ्रांतियाँ
एन्ट्रॉपी का मतलब है 'गंदगी' या गंदा कमरा।
हालांकि इसे अक्सर अव्यवस्था कहा जाता है, लेकिन एंट्रॉपी खास तौर पर एक साइंटिफिक माप है कि एनर्जी पार्टिकल्स के बीच कितने तरीकों से बंट सकती है। एक गंदा कमरा एक बड़े पैमाने पर तुलना है, लेकिन असली एंट्रॉपी एटम और मॉलिक्यूल के माइक्रो-स्टेट्स को बताती है।
एन्थैल्पी और टोटल इंटरनल एनर्जी एक ही चीज़ हैं।
एन्थैल्पी में अंदरूनी एनर्जी तो शामिल होती ही है, साथ ही इसमें सिस्टम के आस-पास की चीज़ों को हटाकर जगह बनाने के लिए ज़रूरी एनर्जी (PV वर्क) भी शामिल होती है। कई सॉलिड और लिक्विड में यह अंतर छोटा होता है, लेकिन गैसों के लिए यह काफ़ी होता है।
फिजिक्स के अनुसार एन्ट्रॉपी में कमी नामुमकिन है।
किसी खास सिस्टम में एंट्रॉपी लोकल लेवल पर कम हो सकती है, जैसे कि जब पानी बर्फ में जम जाता है। हालांकि, यह तभी मुमकिन है जब आस-पास की एंट्रॉपी ज़्यादा मात्रा में बढ़े, जिससे यूनिवर्स की टोटल एंट्रॉपी बढ़ती रहे।
हर एक्सोथर्मिक रिएक्शन (नेगेटिव एन्थैल्पी) अपने आप होता है।
ज़्यादातर हीट-रिलीज़िंग रिएक्शन अपने आप होते हैं, लेकिन कुछ एंडोथर्मिक रिएक्शन अपने आप होते हैं अगर एन्ट्रॉपी में बढ़ोतरी एनर्जी की कमी को पूरा करने के लिए काफ़ी ज़्यादा हो। स्पॉन्टेनिटी गिब्स फ्री एनर्जी के ज़रिए दोनों फ़ैक्टर के बैलेंस से तय होती है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
क्या एन्ट्रॉपी कभी ज़ीरो हो सकती है?
एन्थैल्पी का रोज़ाना हीटिंग से क्या संबंध है?
एन्ट्रॉपी को 'समय का तीर' क्यों कहा जाता है?
इन दोनों का इस्तेमाल करके गिब्स फ्री एनर्जी का फ़ॉर्मूला क्या है?
क्या पानी में नमक घोलने पर एन्ट्रॉपी बढ़ जाती है?
क्या एन्थैल्पी और टेम्परेचर एक ही हैं?
वैक्यूम में एन्ट्रॉपी का क्या होता है?
इंजीनियर एयर कंडीशनिंग में एन्थैल्पी का उपयोग कैसे करते हैं?
निर्णय
किसी सिस्टम के विकास में रैंडमनेस, प्रोबेबिलिटी, या समय की दिशा का एनालिसिस करते समय एन्ट्रॉपी चुनें। लगातार प्रेशर पर किसी केमिकल रिएक्शन की हीट की ज़रूरत, एनर्जी एफिशिएंसी, या थर्मल आउटपुट को कैलकुलेट करते समय एन्थैल्पी चुनें।
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