Šiame palyginime nagrinėjami esminiai termodinaminiai skirtumai tarp entropijos, molekulių netvarkos ir energijos sklaidos mato, ir entalpijos, bendro sistemos šilumos kiekio. Šių sąvokų supratimas yra būtinas norint numatyti cheminės reakcijos spontaniškumą ir energijos perdavimą fizikiniuose procesuose įvairiose mokslo ir inžinerijos disciplinose.
Termodinaminis dydis, parodantis sistemos netvarkos arba atsitiktinumo laipsnį.
Bendras termodinaminės sistemos šilumos kiekis, įskaitant vidinę energiją ir slėgio ir tūrio darbą.
| Funkcija | Entropija | Entalpija |
|---|---|---|
| Pagrindinis apibrėžimas | Sistemos atsitiktinumo arba netvarkos matas | Bendra šilumos energija sistemoje |
| Standartinis simbolis | S | H |
| SI matavimo vienetas | J/K (džauliai kelvinui) | J (džauliai) |
| Termodinaminis fokusas | Energijos sklaida ir tikimybė | Energijos perdavimas ir šilumos srautas |
| Šilumos pridėjimo poveikis | Visada didėja, kai dalelės juda daugiau | Didėja kylant vidinei energijai |
| Spontaniškumo indikatorius | Teigiami pokyčiai skatina spontaniškumą | Neigiami pokyčiai (egzoterminiai) dažnai skatina spontaniškumą |
| Apskaičiuota kaip | Šilumos perdavimas, padalytas iš temperatūros | Vidinė energija plius slėgis padaugintas iš tūrio |
Entropija daugiausia dėmesio skiria energijos kokybei ir pasiskirstymui, konkrečiai, kiek energijos nebelieka darbui atlikti dėl molekulinio chaoso. Priešingai, entalpija kiekybiškai įvertina energijos kiekį, konkrečiai – bendrą šiluminę energiją, kurią medžiaga sulaiko esant pastoviam slėgiui. Entropija nagrinėja dalelių išsidėstymą, o entalpija seka šilumos srautą virsmų metu.
Entropija yra pagrindinis Antrojo dėsnio elementas, kuris teigia, kad izoliuotos sistemos bendra entropija laikui bėgant turi didėti. Entalpija yra labiau susijusi su Pirmuoju dėsniu, arba energijos tvermės dėsniu, nes ji padeda paaiškinti cheminių ir fizikinių pokyčių metu sugeriamą arba išsiskiriančią šilumą. Kartu jie apibrėžia Gibso laisvąją energiją, kuri lemia, ar procesas gali vykti natūraliai.
Fazės kitimo metu, pavyzdžiui, tirpstant ledui, abi vertės žymiai padidėja. Entalpija padidėja, nes tarpmolekuliniams ryšiams nutraukti reikia energijos (latentinė šiluma), o entropija padidėja, nes skystoji būsena leidžia daug daugiau dalelių judėti ir vykti atsitiktinai nei kietoji būsena. Todėl kietosios medžiagos paprastai pasižymi žemiausiu abiejų savybių lygiu, palyginti su skysčiais ir dujomis.
Chemikai naudoja entalpiją, kad nustatytų, ar reakcija yra egzoterminė (išskiria šilumą), ar endoterminė (sugeria šilumą), matuodami šilumos kiekio pokytį. Entropija naudojama prognozuojant, ar reakcija sukels labiau netvarkingą būseną, pavyzdžiui, kai kieta medžiaga ištirpsta skystyje, ar iš skysčio susidaro dujos. Inžinieriai remiasi abiem, kad sukurtų efektyvius šilumos variklius ir šaldymo ciklus.
Entropija yra tiesiog kitas žodis, reiškiantis „netvarką“ arba nešvarų kambarį.
Nors entropija dažnai supaprastinama kaip netvarka, ji yra mokslinis matas, rodantis, kiek būdų energija gali būti paskirstyta tarp dalelių. Netvarkingas kambarys yra makro lygmens analogija, tačiau tikroji entropija reiškia atomų ir molekulių mikrobūsenas.
Entalpija ir bendroji vidinė energija yra tas pats.
Entalpija apima vidinę energiją, bet taip pat įvertina energiją, reikalingą sistemai atlaisvinti vietą išstumiant ją supančią medžiagą (fotovoltinis darbas). Daugelyje kietųjų medžiagų ir skysčių skirtumas yra nedidelis, tačiau dujoms jis yra reikšmingas.
Pagal fiziką entropijos sumažėjimas neįmanomas.
Entropija gali sumažėti lokaliai tam tikroje sistemoje, pavyzdžiui, kai vanduo užšąla ir virsta ledu. Tačiau tai įmanoma tik tuo atveju, jei aplinkos entropija padidėja labiau, užtikrinant, kad bendra Visatos entropija vis tiek didėtų.
Kiekviena egzoterminė reakcija (neigiama entalpija) vyksta savaime.
Nors dauguma šilumą išskiriančių reakcijų yra savaiminės, kai kurios endoterminės reakcijos vyksta natūraliai, jei entropijos padidėjimas yra pakankamai didelis, kad būtų įveiktas energijos deficitas. Spontaniškumą lemia abiejų veiksnių pusiausvyra per Gibso laisvosios energijos teoriją.
Analizuodami sistemos evoliucijos atsitiktinumą, tikimybę ar laiko kryptį, rinkitės entropiją. Skaičiuodami šilumos poreikius, energijos vartojimo efektyvumą arba cheminės reakcijos šiluminę galią esant pastoviam slėgiui, rinkitės entalpiją.
Šiame palyginime nagrinėjami esminiai kintamosios srovės (AC) ir nuolatinės srovės (DC) – dviejų pagrindinių elektros energijos srautų – skirtumai. Jame aptariamas jų fizinis elgesys, generavimo būdas ir kodėl šiuolaikinė visuomenė, teikdama energiją viskam – nuo nacionalinių elektros tinklų iki nešiojamųjų išmaniųjų telefonų, – pasikliauja strateginiu abiejų deriniu.
Šis išsamus palyginimas paaiškina skirtumą tarp atomų, pavienių pagrindinių elementų vienetų, ir molekulių, kurios yra sudėtingos struktūros, susidarančios cheminių jungčių būdu. Jame pabrėžiami jų stabilumo, sudėties ir fizinio elgesio skirtumai, suteikiant pagrindinį materijos supratimą tiek studentams, tiek mokslo entuziastams.
Šiame išsamiame palyginime nagrinėjami du pagrindiniai šviesos sąveikos su paviršiais ir terpėmis būdai. Atspindys apima šviesos atspindėjimą nuo ribos, o refrakcija apibūdina šviesos lenkimąsi jai pereinant į kitą medžiagą, ir abu šiuos būdus lemia skirtingi fizikiniai dėsniai ir optinės savybės.
Šiame palyginime nagrinėjami esminiai skirtumai ir istorinė įtampa tarp materijos ir šviesos bangų ir dalelių modelių. Nagrinėjama, kaip klasikinė fizika juos laikė vienas kitą paneigiančiais dariniais, kol kvantinė mechanika nepristatė revoliucinės bangų ir dalelių dualumo koncepcijos, kai kiekvienas kvantinis objektas, priklausomai nuo eksperimentinės aplinkos, pasižymi abiejų modelių savybėmis.
Šis palyginimas paaiškina esminį skirtumą tarp įcentrinių ir išcentrinių jėgų sukimosi dinamikoje. Nors įcentrinė jėga yra reali fizinė sąveika, traukianti objektą link jo trajektorijos centro, išcentrinė jėga yra inercinė „tariamoji“ jėga, jaučiama tik besisukančioje atskaitos sistemoje.
