Termodynamiikan ymmärtämiseksi entalpia ja entropia ovat kaksi peruskäsitettä, joita kukaan ei voi jättää huomiotta. Entalpian ja entropian välisen eron tunteminen ei ainoastaan auta meitä läpäisemään luonnontieteiden koetta, vaan tarjoaa myös järkevän selityksen monille jokapäiväisessä elämässämme havaitsemillemme prosesseille. Vaiheiden muuttumisesta energian siirtoon yhdessä tilassa termodynamiikka voi selittää kaiken.
Entalpia vs entropia
Ero entalpian ja entropian välillä on se, että entalpia on järjestelmän kokonaisenergian mittaus, joka on sisäisen energian ja paineen ja tilavuuden tulon summa. Toisaalta entropia on lämpöenergian määrä järjestelmässä, joka ei ole käytettävissä sen muuntamiseen työksi.
Termodynaamisen järjestelmän entalpia määritellään tilafunktioksi, joka lasketaan vakiopaineessa (suuri avoin ilmakehä). Entalpian yksikkö on sama kuin energia, eli J SI-yksikössä, koska se on järjestelmän sisäisen energian ja paineen ja tilavuuden muutoksen tulos. Järjestelmän kokonaisentalpiaa ei voida mitata suoraan. Joten mittaamme järjestelmän entalpian muutosta.
Yksinkertaisesti sanottuna entropia on järjestelmän satunnaisuuden tai kaaoksen mitta. Se on laaja ominaisuus, mikä tarkoittaa, että entropian arvo muuttuu systeemissä olevan aineen määrän mukaan. Jos järjestelmä on erittäin järjestetty (vähemmän kaoottinen), sillä on alhainen entropia ja päinvastoin. Entropian SI-yksikkö on J⋅K−1.
Entalpian ja entropian vertailutaulukko
| Vertailuparametrit | Entalpia | Haje |
| Määritelmä | Entalpia on termodynaamisen järjestelmän sisäisen energian ja paineen ja tilavuuden tulon summa. | Entropia on järjestelmän lämpöenergian määrä, jota ei voida muuttaa mekaaniseksi tai hyödylliseksi työksi. |
| Mittaus | Järjestelmän kokonaisentalpiaa ei voida mitata suoraan, joten laskemme entalpian muutoksen. | Järjestelmän entropian mittaaminen viittaa termodynaamisessa järjestelmässä esiintyvän epäjärjestyksen tai kaaoksen määrään. |
| Yksikkö | Entalpian SI-yksikkö on sama kuin energian yksikkö, joten se voidaan mitata J. | Massayksikön entropian SI-yksikkö on J⋅K−1⋅kg−1 ja entropialle aineyksikköä kohden on J⋅K−1⋅mol−1. |
| Symboli | Entalpiaa merkitään H. | Entropiaa merkitään S:llä. |
| Historia | Tiedemies nimeltä Heike Kamerlingh Onnes loi termin "entalpia". | Saksalainen fyysikko nimeltä Rudolf Clausius loi termin "entropia". |
| Suotuisat ehdot | Termodynaaminen järjestelmä suosii aina minimientalpiaa. | Termodynaaminen järjestelmä suosii aina maksimaalista entropiaa. |
Mikä on entalpia?
Entalpia on termodynaaminen ominaisuus, joka viittaa järjestelmän sisäisen energian ja paineen ja tilavuuden tulon summaan. Järjestelmän entalpia tarkoittaa sen kykyä vapauttaa lämpöä ja siten sillä on sama yksikkö kuin energialla (joulea, kaloreita jne.). Entalpiaa merkitään H.
Ei ole mahdollista laskea järjestelmän kokonaisentalpiaa, koska on mahdotonta tietää nollapistettä. Joten entalpian muutos lasketaan tilan ja toisen välillä, kun paine on vakio. Entalpian kaava on H = E + PV, jossa E on järjestelmän sisäinen energia, P on paine ja V on tilavuus.
Entalpialla on paljon merkitystä termodynaamisessa järjestelmässä, koska se määrittää, onko kemiallinen reaktio endoterminen vai eksoterminen. Sitä käytetään myös laskemaan reaktiolämpö, kompressorin vähimmäistehotarve jne.
Mikä on entropia?
Entropia on laaja ominaisuus ja se on satunnaisuuden tai kaaoksen mitta termodynaamisessa järjestelmässä. Entropian arvo muuttuu järjestelmän aineen määrän muuttuessa. Entropiaa merkitään S:llä ja yleiset entropian yksiköt ovat joulea kelviniä kohti J⋅K−1 tai J⋅K−1⋅kg−1 entropialle massayksikköä kohti. Koska entropia mittaa satunnaisuutta, erittäin järjestetyllä järjestelmällä on alhainen entropia.
Järjestelmän entropian laskemiseen on useita menetelmiä. Mutta kaksi yleisintä tapaa ovat palautuvan prosessin ja isotermisen prosessin entropian laskeminen. Palautuvan prosessin entropian laskemiseksi kaava on S = kB ln W jossa kB on Boltzmannin vakio ja sen arvo on 1,38065 × 10-23 J/K ja W ovat mahdollisten tilojen lukumäärä. Isotermisen prosessin entropian laskemiseksi kaava on ΔS = ΔQ / T jossa ΔQ viittaa lämmön muutokseen ja T on järjestelmän absoluuttinen lämpötila kelvineinä.
Jään sulaminen veteen ja sen höyrystyminen höyryksi on esimerkki kaaoksen lisääntymisestä ja entropian vähenemisestä. Kun jääkuutio saa energiaa, lämpöenergia löysää rakennettaan muodostaen nestettä ja lisää siten kaaosta järjestelmässä. Samanlainen asia tapahtuu, kun neste muuttuu höyrytilaan. Mutta kun keskitytään järjestelmään, entropia pienenee samalla kun ympäristön entropia kasvaa.
Tärkeimmät erot entalpian ja entropian välillä
Johtopäätös
Entalpian ja entropian välisen eron ymmärtäminen on erittäin tärkeää useiden luonnossa esiintyvien prosessien järkeilemiseksi. Entalpian ja entropian peruskäsitteitä sovelletaan jään sulamisesta monimutkaisten termodynamiikan ongelmien ratkaisemiseen.
Mutta entalpiaa ei voida laskea suoraan, joten laskemme sen muutoksen kahden vaiheen välillä. Toisaalta entropia lasketaan järjestelmän satunnaisuuden asteena. Kun järjestelmä saa energiaa, häiriö kasvaa ja entropia pienenee ja päinvastoin.
