Энтропия жана Энтальпия
Бул салыштыруу молекулярдык башаламандыктын жана энергиянын чачырашынын өлчөмү болгон энтропия менен системанын жалпы жылуулук курамы болгон энтальпиянын ортосундагы негизги термодинамикалык айырмачылыктарды изилдейт. Бул түшүнүктөрдү түшүнүү илимий жана инженердик дисциплиналардын ар кайсы жерлериндеги физикалык процесстерде химиялык реакциялардын стихиялуулугун жана энергиянын которулушун алдын ала айтуу үчүн абдан маанилүү.
Көрүнүктүү нерселер
- Энтропия иштей албаган системадагы "пайдасыз" энергияны өлчөйт.
- Энтальпия жалпы жылуулук энергиясын, анын ичинде басымга каршы аткарылган жумушту билдирет.
- Ааламдын жалпы энтропиясы тынымсыз максималдуу абалга карай көтөрүлүп баратат.
- Энтальпиянын өзгөрүшү лабораториялык эксперименттерде жылуулук агымы катары түздөн-түз өлчөнөт.
Энтропия эмне?
Системанын ичиндеги баш аламандыктын же кокустуктун даражасын билдирген термодинамикалык чоңдук.
- Белгиси: S
- Бирдик: Кельвинге туура келген Джоуль (Дж/К)
- Негизги мыйзам: Термодинамиканын экинчи мыйзамы менен башкарылат
- Жаратылыш: Энергиянын бөлүштүрүлүшүн сүрөттөгөн абал функциясы
- Микроскопиялык көрүнүш: Мүмкүн болгон микроабалдардын санына туура келет
Энтальпия эмне?
Термодинамикалык системанын жалпы жылуулук сыйымдуулугу, анын ичинде ички энергия жана басым-көлөм жумушу.
- Белгиси: H
- Бирдик: Джоуль (Дж)
- Негизги теңдеме: H = U + PV
- Жаратылыш: Жалпы жылуулук энергиясын сүрөттөгөн абал функциясы
- Колдонулушу: Туруктуу басымдагы жылуулук алмашууну эсептөө үчүн колдонулат
Салаштыруу таблицасы
| Мүмкүнчүлүк | Энтропия | Энтальпия |
|---|---|---|
| Негизги аныктама | Системанын кокустук же баш аламандык өлчөмү | Системадагы жалпы жылуулук энергиясы |
| Стандарттык символ | С | H |
| SI өлчөө бирдиги | Дж/К (Джоуль бир Кельвин менен) | J (Джоуль) |
| Термодинамикалык фокус | Энергиянын чачырашы жана ыктымалдуулук | Энергиянын алмашуусу жана жылуулук агымы |
| Жылуулук кошуунун таасири | Бөлүкчөлөр көбүрөөк кыймылдаган сайын ар дайым көбөйөт | Ички энергия жогорулаган сайын көбөйөт |
| Спонтандуулук көрсөткүчү | Позитивдүү өзгөрүү стихиялуу түрдө пайда алып келет | Терс өзгөрүү (экзотермикалык) көп учурда стихиялуу болууга өбөлгө түзөт |
| Эсептелген | Жылуулук алмашуу температурага бөлүнгөн | Ички энергия жана басым менен көлөмдүн көбөйтүлүшү |
Толук салыштыруу
Концептуалдык негиз
Энтропия энергиянын сапатына жана бөлүштүрүлүшүнө, атап айтканда, молекулярдык башаламандыктан улам жумуш аткаруу үчүн канча энергия жок экенине көңүл бурат. Ал эми энтальпия энергиянын көлөмүн, тактап айтканда, туруктуу басым шарттарында зат кармаган жалпы жылуулук энергиясын сандык жактан аныктайт. Энтропия бөлүкчөлөрдүн жайгашуусун караса, энтальпия өткөөл мезгилдеги жылуулук агымын көзөмөлдөйт.
Термодинамиканын мыйзамдары менен байланышы
Энтропия - Экинчи Мыйзамдын борбордук бөлүгү, ал обочолонгон системанын жалпы энтропиясы убакыттын өтүшү менен дайыма жогорулашы керектигин белгилейт. Энтальпия Биринчи Мыйзам же энергиянын сакталышы менен тыгызыраак байланыштуу, анткени ал химиялык жана физикалык өзгөрүүлөр учурунда сиңирилген же бөлүнүп чыккан жылуулукту эсепке алууга жардам берет. Алар чогуу Гиббстин Эркин Энергиясын аныкташат, ал процесстин табигый жол менен жүрүшү мүмкүнбү же жокпу, аныктайт.
Фазалык өзгөрүүлөр жана энергия
Муздун эриши сыяктуу фазалык өзгөрүү учурунда эки маани тең бир кыйла жогорулайт. Энтальпия жогорулайт, анткени молекулалар аралык байланыштарды үзүү үчүн энергия талап кылынат (жашыруун жылуулук), ал эми энтропия жогорулайт, анткени суюк абал катуу абалга караганда бөлүкчөлөрдүн алда канча көп кыймылын жана кокустуктарын камсыз кылат. Демек, катуу заттар, адатта, суюктуктарга жана газдарга салыштырмалуу эки касиеттин тең эң төмөнкү деңгээлине ээ.
Химияда практикалык колдонуу
Химиктер жылуулуктун курамынын өзгөрүшүн өлчөө менен реакциянын экзотермикалык (жылуулукту бөлүп чыгарат) же эндотермикалык (жылуулукту сиңирет) экенин аныктоо үчүн энтальпияны колдонушат. Энтропия реакциянын башаламан абалга алып келерин, мисалы, катуу зат суюктукка эригенде же суюктуктан газ пайда болгондо, алдын ала айтуу үчүн колдонулат. Инженерлер натыйжалуу жылуулук кыймылдаткычтарын жана муздатуу циклдерин долбоорлоодо экөөнө тең таянышат.
Артыкчылыктары жана кемчиликтери
Энтропия
Артыкчылыктары
- +Процесстин багытын алдын ала айтат
- +Молекулярдык жүрүм-турумду түшүндүрөт
- +Универсалдуу колдонулушу
- +Энергиянын сапатын аныктайт
Конс
- −Элестетүү кыйын
- −Абстракттуу математикалык тамырлар
- −Түз өлчөө кыйын
- −Комплекстүү бирдиктер (Дж/К)
Энтальпия
Артыкчылыктары
- +Түздөн-түз өлчөнө турган жылуулук
- +Өнөр жай эсептөөлөрүн жөнөкөйлөштүрөт
- +Инженердик иш үчүн маанилүү
- +Таза энергия бирдиктери
Конс
- −Туруктуу басымды кабыл алат
- −Энергиянын сапатын этибарга албайт
- −Спонтандуулукка кепилдик бербейт
- −Энтропиясыз толук эмес
Жалпы каталар
Энтропия жөн гана "башаламандык" же кир бөлмөнүн дагы бир сөзү.
Көбүнчө башаламандык катары жөнөкөйлөтүлгөнү менен, энтропия, атап айтканда, энергиянын бөлүкчөлөрдүн ортосунда бөлүштүрүлүшүнүн жолдорунун санынын илимий өлчөмү болуп саналат. Башаламан бөлмө - бул макро масштабдагы аналогия, бирок чыныгы энтропия атомдордун жана молекулалардын микроабалдарын билдирет.
Энтальпия жана толук ички энергия бирдей.
Энтальпия ички энергияны камтыйт, бирок ошол эле учурда системанын айлана-чөйрөсүн жылдыруу менен ага орун бошотуу үчүн талап кылынган энергияны да эске алат (ФВ жумушу). Көптөгөн катуу жана суюк заттарда айырмачылык аз, бирок газдар үчүн ал маанилүү.
Физика боюнча энтропиянын азайышы мүмкүн эмес.
Энтропия белгилүү бир системанын ичинде жергиликтүү түрдө азайышы мүмкүн, мисалы, суу тоңуп музга айланганда. Бирок, бул айлана-чөйрөнүн энтропиясы көбүрөөк көбөйүп, ааламдын жалпы энтропиясынын дагы эле жогорулашын камсыз кылганда гана мүмкүн.
Ар бир экзотермикалык реакция (терс энтальпия) өзүнөн-өзү пайда болот.
Көпчүлүк жылуулук бөлүп чыгаруучу реакциялар өзүнөн-өзү жүрсө да, эгерде энтропиянын көбөйүшү энергия тартыштыгын жоюу үчүн жетиштүү болсо, кээ бир эндотермикалык реакциялар табигый түрдө жүрөт. Өзүнөн-өзү жүрүү Гиббстин эркин энергиясы аркылуу эки фактордун тең салмактуулугу менен аныкталат.
Көп суралуучу суроолор
Энтропия качандыр бир кезде нөлгө барабар болушу мүмкүнбү?
Энтальпия күнүмдүк жылытуу менен кандай байланышта?
Эмне үчүн энтропия "убакыттын жебеси" деп аталат?
Бул экөөнү колдонуп, Гиббстин эркин энергиясынын формуласы кандай?
Тузду сууда эриткенден кийин энтропия көбөйөбү?
Энтальпия температура менен бирдейби?
Вакуумдагы энтропия менен эмне болот?
Инженерлер кондиционерде энтальпияны кантип колдонушат?
Чыгарма
Системанын эволюциясындагы кокустукту, ыктымалдуулукту же убакыттын багытын талдоодо энтропияны тандаңыз. Туруктуу басымдагы химиялык реакциянын жылуулук талаптарын, энергиянын натыйжалуулугун же жылуулук чыгаруусун эсептөөдө энтальпияны тандаңыз.
Тиешелүү салыштыруулар
Атайын салыштырмалуулук теориясы жана жалпы салыштырмалуулук теориясы
Бул салыштыруу Альберт Эйнштейндин революциялык эмгегинин эки түркүгүн талкалап, атайын салыштырмалуулук теориясы кыймылдагы объектилер үчүн мейкиндик менен убакыттын ортосундагы байланышты кандайча кайрадан аныктаганын, ал эми жалпы салыштырмалуулук теориясы бул түшүнүктөрдү кеңейтип, тартылуу күчүнүн фундаменталдык мүнөзүн ааламдын өзүнүн ийрилиги катары түшүндүрөт.
Атом жана молекула
Бул деталдуу салыштыруу элементтердин бирдиктүү фундаменталдык бирдиктери болгон атомдор менен химиялык байланыш аркылуу пайда болгон татаал түзүлүштөр болгон молекулалардын ортосундагы айырмачылыкты тактайт. Ал алардын туруктуулугундагы, курамындагы жана физикалык жүрүм-турумундагы айырмачылыктарын баса белгилеп, студенттерге жана илим ышкыбоздоруна зат жөнүндө негизги түшүнүк берет.
Басым vs Стресс
Бул салыштыруу бетке перпендикуляр түрдө колдонулган тышкы күч болгон басым менен тышкы жүктөмдөргө жооп катары материалдын ичинде пайда болгон ички каршылык болгон чыңалуунун ортосундагы физикалык айырмачылыктарды деталдуу түрдө баяндайт. Бул түшүнүктөрдү түшүнүү курулуш инженериясы, материал таануу жана суюктук механикасы үчүн абдан маанилүү.
Борбордон чегинүүчү күч vs Борбордон чегинүүчү күч
Бул салыштыруу айлануу динамикасында борбордон чегинүүчү жана борбордон чегинүүчү күчтөрдүн ортосундагы негизги айырмачылыкты тактайт. Борбордон чегинүүчү күч – бул объектини өз жолунун борборуна тарткан чыныгы физикалык өз ара аракеттешүү болсо, борбордон чегинүүчү күч – бул айлануучу эталондук системанын ичинде гана пайда болгон инерциялык "көрүнүп турган" күч.
Вакуум vs аба
Бул салыштыруу вакуум — затсыз чөйрө — менен Жерди курчап турган газ аралашмасы болгон абанын ортосундагы физикалык айырмачылыктарды изилдейт. Анда бөлүкчөлөрдүн бар же жок экендиги илимий жана өнөр жайлык колдонмолордо үндүн өтүшүнө, жарыктын кыймылына жана жылуулуктун өтүшүнө кандай таасир этери кеңири баяндалат.