เพื่อให้เข้าใจอุณหพลศาสตร์ เอนทาลปีและเอนโทรปีเป็นแนวคิดพื้นฐานสองประการที่ไม่มีใครพลาด การรู้ความแตกต่างระหว่างเอนทาลปีและเอนโทรปีไม่เพียงช่วยให้เราสอบผ่านวิทยาศาสตร์ได้เท่านั้น แต่ยังให้คำอธิบายที่สมเหตุสมผลสำหรับกระบวนการต่างๆ ที่เราพบเห็นในชีวิตประจำวันด้วย ตั้งแต่การเปลี่ยนเฟสไปจนถึงการถ่ายเทพลังงานในสถานะเดียว อุณหพลศาสตร์สามารถอธิบายได้ทั้งหมด
เอนทัลปี vs เอนโทรปี
ความแตกต่างระหว่างเอนทาลปีและเอนโทรปีคือ เอนทาลปีคือการวัดพลังงานทั้งหมดของระบบ ซึ่งเป็นผลรวมของพลังงานภายในและผลิตภัณฑ์ของความดันและปริมาตร ในทางกลับกัน เอนโทรปีคือปริมาณพลังงานความร้อนในระบบที่ไม่สามารถแปลงเป็นงานได้
เอนทาลปีของระบบเทอร์โมไดนามิกถูกกำหนดให้เป็นฟังก์ชันสถานะที่คำนวณที่ความดันคงที่ (บรรยากาศเปิดขนาดใหญ่) หน่วยของเอนทาลปีเหมือนกับพลังงาน กล่าวคือ J ในหน่วย SI เพราะเป็นผลรวมของพลังงานภายในระบบและผลิตภัณฑ์ของความดันและการเปลี่ยนแปลงของปริมาตร ไม่สามารถวัดค่าเอนทาลปีทั้งหมดของระบบได้โดยตรง ดังนั้นเราจึงวัดการเปลี่ยนแปลงในเอนทาลปีของระบบ
กล่าวง่ายๆ ว่าเอนโทรปีเป็นตัววัดความสุ่มหรือความโกลาหลในระบบ เป็นคุณสมบัติที่กว้างขวางซึ่งหมายความว่าค่าของเอนโทรปีเปลี่ยนแปลงตามปริมาณของสารที่มีอยู่ในระบบ หากระบบมีระเบียบสูง (วุ่นวายน้อยกว่า) แสดงว่ามีเอนโทรปีต่ำและในทางกลับกัน หน่วย SI ของเอนโทรปีคือ J⋅K−1.
ตารางเปรียบเทียบระหว่างเอนทาลปีและเอนโทรปี
| พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ | เอนทัลปี | เอนโทรปี |
| คำนิยาม | เอนทัลปีเป็นผลรวมของพลังงานภายในและผลิตภัณฑ์ของความดันและปริมาตรของระบบเทอร์โมไดนามิก | เอนโทรปีคือปริมาณพลังงานความร้อนของระบบที่ไม่สามารถแปลงเป็นงานทางกลหรืองานที่มีประโยชน์ได้ |
| การวัด | ไม่สามารถวัดเอนทาลปีทั้งหมดของระบบได้โดยตรง ดังนั้นเราจึงคำนวณการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปี | การวัดค่าเอนโทรปีของระบบหมายถึงปริมาณของความผิดปกติหรือความโกลาหลที่มีอยู่ในระบบอุณหพลศาสตร์ |
| หน่วย | หน่วย SI ของเอนทาลปีเหมือนกับของพลังงานจึงสามารถวัดได้ใน J | หน่วย SI ของเอนโทรปีสำหรับหน่วยมวลคือ J⋅K−1⋅กก.−1 และสำหรับเอนโทรปีต่อหน่วยปริมาณของสารคือ J⋅K−1⋅mol−1. |
| สัญลักษณ์ | Enthalpy แสดงโดย H. | เอนโทรปีแสดงโดย S. |
| ประวัติศาสตร์ | นักวิทยาศาสตร์ชื่อ Heike Kamerlingh Onnes ได้บัญญัติศัพท์คำว่า "enthalpy" | นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อรูดอล์ฟ คลอสเซียส เป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่า "เอนโทรปี" |
| เงื่อนไขที่เอื้ออำนวย | ระบบอุณหพลศาสตร์สนับสนุนเอนทาลปีขั้นต่ำเสมอ | ระบบเทอร์โมไดนามิกชอบเอนโทรปีสูงสุดเสมอ |
เอนทาลปีคืออะไร?
เอนทัลปีเป็นคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่หมายถึงผลรวมของพลังงานภายในและผลิตภัณฑ์ของความดันและปริมาตรของระบบ เอนทัลปีของระบบแสดงถึงความสามารถในการปลดปล่อยความร้อน ดังนั้นจึงมีหน่วยเดียวกับพลังงาน (จูล แคลอรี ฯลฯ) Enthalpy แสดงโดย H.
ไม่สามารถคำนวณเอนทาลปีทั้งหมดของระบบได้ เนื่องจากไม่สามารถทราบจุดศูนย์ได้ ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของเอนทาลปีจึงถูกคำนวณระหว่างสถานะหนึ่งกับอีกสถานะหนึ่งเมื่อความดันคงที่ สูตรของเอนทาลปีคือ H = E + PV โดยที่ E คือพลังงานภายในของระบบ P คือความดัน และ V คือปริมาตร
เอนทาลปีมีความสำคัญอย่างมากในระบบเทอร์โมไดนามิก เนื่องจากเป็นตัวกำหนดว่าปฏิกิริยาเคมีเป็นแบบดูดความร้อนหรือคายความร้อน นอกจากนี้ยังใช้ในการคำนวณความร้อนของปฏิกิริยา ความต้องการพลังงานขั้นต่ำสำหรับคอมเพรสเซอร์ ฯลฯ
เอนโทรปีคืออะไร?
เอนโทรปีเป็นสมบัติที่กว้างขวางและเป็นตัวชี้วัดความสุ่มหรือความโกลาหลในระบบอุณหพลศาสตร์ ค่าของเอนโทรปีเปลี่ยนแปลงตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาณสสารในระบบ เอนโทรปีแสดงโดย S และหน่วยทั่วไปของเอนโทรปีคือจูลต่อเคลวิน J⋅K−1 หรือ J⋅K−1⋅กก.−1 สำหรับเอนโทรปีต่อหน่วยมวล เนื่องจากเอนโทรปีวัดความสุ่ม ระบบที่มีลำดับสูงจึงมีเอนโทรปีต่ำ
มีหลายวิธีในการคำนวณเอนโทรปีของระบบ แต่วิธีที่พบได้บ่อยที่สุดสองวิธีคือการคำนวณเอนโทรปีของกระบวนการที่ย้อนกลับได้และกระบวนการไอโซเทอร์มอล สำหรับการคำนวณเอนโทรปีของกระบวนการที่ย้อนกลับได้ สูตรคือ S = kB ln W โดยที่ kB คือค่าคงที่ของ Boltzmann และค่าเท่ากับ 1.38065 × 10-23 J/K และ W คือจำนวนสถานะที่เป็นไปได้ สำหรับการคำนวณเอนโทรปีของกระบวนการไอโซเทอร์มอล สูตรคือ ΔS = ΔQ / T โดยที่ ΔQ หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของความร้อน และ T คืออุณหภูมิสัมบูรณ์ของระบบในหน่วยเคลวิน
การละลายของน้ำแข็งลงไปในน้ำที่ตามมาด้วยการกลายเป็นไอของน้ำแข็งนั้นเป็นตัวอย่างของความโกลาหลที่เพิ่มขึ้นและเอนโทรปีที่ลดลง เมื่อก้อนน้ำแข็งได้รับพลังงาน พลังงานความร้อนจะคลายโครงสร้างให้กลายเป็นของเหลว และทำให้ระบบวุ่นวายมากขึ้น สิ่งที่คล้ายกันเกิดขึ้นเมื่อของเหลวเปลี่ยนเป็นสถานะไอ แต่ในขณะที่โฟกัสไปที่ระบบ เอนโทรปีจะลดลงในขณะที่เอนโทรปีของสภาพแวดล้อมเพิ่มขึ้น
ความแตกต่างหลักระหว่างเอนทัลปีและเอนโทรปี
บทสรุป
การทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างเอนทาลปีและเอนโทรปีมีความสำคัญมากในการให้เหตุผลกับกระบวนการหลายอย่างในธรรมชาติ ตั้งแต่การละลายของน้ำแข็งไปจนถึงการแก้ปัญหาทางอุณหพลศาสตร์ที่ซับซ้อน แนวคิดพื้นฐานของเอนทาลปีและเอนโทรปีถูกนำมาใช้
แต่ไม่สามารถคำนวณเอนทาลปีได้โดยตรง เราจึงคำนวณการเปลี่ยนแปลงระหว่างสองเฟส ในทางกลับกัน เอนโทรปีคำนวณเป็นระดับของการสุ่มในระบบ เมื่อระบบได้รับพลังงาน ความผิดปกติจะเพิ่มขึ้น เอนโทรปีลดลง และในทางกลับกัน
