Termodinamiği anlamak için entalpi ve entropi, kimsenin gözden kaçıramayacağı iki temel kavramdır. Entalpi ve entropi arasındaki farkı bilmek sadece fen sınavımızı geçmemize yardımcı olmakla kalmaz, aynı zamanda günlük hayatımızda tanık olduğumuz birçok süreç için rasyonel bir açıklama sağlar. Fazlar değiştirmekten tek bir durumda enerji transferine kadar, termodinamik hepsini açıklayabilir.
Entalpi ve Entropi
Entalpi ve entropi arasındaki fark, entalpi, iç enerjinin toplamı ve basınç ve hacmin ürünü olan bir sistemin toplam enerjisinin ölçümüdür. Öte yandan, entropi, bir sistemdeki işe dönüştürülmesi için mevcut olmayan termal enerji miktarıdır.
Bir termodinamik sistemin entalpisi, sabit basınçta (büyük açık atmosfer) hesaplanan bir durum fonksiyonu olarak tanımlanır. Entalpi birimi enerji ile aynıdır, yani SI birimindeki J, çünkü sistemin iç enerjisinin toplamı ile basınç ve hacimdeki değişimin çarpımıdır. Bir sistemin toplam entalpisi doğrudan ölçülemez. Böylece, bir sistemin entalpisindeki değişimi ölçüyoruz.
Basit bir deyişle, entropi, bir sistemdeki rastgelelik veya kaosun ölçüsüdür. Entropi değerinin sistemde bulunan madde miktarına göre değiştiği anlamına gelen kapsamlı bir özelliktir. Bir sistem çok düzenliyse (daha az kaotik), o zaman düşük entropiye sahiptir ve bunun tersi de geçerlidir. Entropinin SI birimi J⋅K'dır.−1.
Entalpi ve Entropi Arasındaki Karşılaştırma Tablosu
| Karşılaştırma Parametreleri | entalpi | Entropi |
| Tanım | Entalpi, bir termodinamik sistemin iç enerjisinin ve basınç ile hacminin çarpımının toplamıdır. | Entropi, bir sistemin mekanik veya faydalı işe dönüştürülemeyen termal enerji miktarıdır. |
| Ölçüm | Bir sistemin toplam entalpisi doğrudan ölçülemez, bu nedenle entalpideki değişimi hesaplarız. | Bir sistemin entropisini ölçmek, bir termodinamik sistemde mevcut olan düzensizlik veya kaos miktarını ifade eder. |
| Birim | Entalpinin SI birimi, enerjininkiyle aynıdır, dolayısıyla J cinsinden ölçülebilir. | Birim kütle için entropinin SI birimi J⋅K'dır.−1⋅kg−1 ve birim madde miktarı başına entropi için J⋅K−1⋅mol−1. |
| sembol | Entalpi H ile gösterilir. | Entropi S ile gösterilir. |
| Tarih | Heike Kamerlingh Onnes adlı bir bilim adamı "entalpi" terimini ortaya attı. | Rudolf Clausius adlı bir Alman fizikçi "entropi" terimini ortaya attı. |
| Favori Koşulları | Bir termodinamik sistem her zaman minimum entalpiden yanadır. | Bir termodinamik sistem her zaman maksimum entropiyi tercih eder. |
Entalpi nedir?
Entalpi, bir sistemin iç enerjisinin ve basınç ve hacminin ürününün toplamını ifade eden termodinamik bir özelliktir. Bir sistemin entalpisi, ısı salma kapasitesini ifade eder ve bu nedenle enerji ile aynı birime sahiptir (joule, kalori vb.). Entalpi H ile gösterilir.
Sıfır noktasını bilmek mümkün olmadığı için bir sistemin toplam entalpisini hesaplamak mümkün değildir. Böylece, basınç sabitken bir durum ile diğeri arasındaki entalpi değişimi hesaplanır. Entalpi formülü H = E + PV'dir, burada E bir sistemin iç enerjisidir, P basınçtır ve V hacimdir.
Bir kimyasal reaksiyonun endotermik mi yoksa ekzotermik mi olduğunu belirlediğinden, termodinamik bir sistemde entalpinin çok fazla önemi vardır. Ayrıca reaksiyon ısısını, kompresör için minimum güç gereksinimini vb. hesaplamak için de kullanılır.
Entropi nedir?
Entropi kapsamlı bir özelliktir ve termodinamik bir sistemdeki rastgelelik veya kaosun ölçüsüdür. Entropinin değeri, sistemdeki madde miktarındaki değişiklikle değişir. Entropi S ile gösterilir ve entropinin ortak birimleri kelvin J⋅K başına joule'dür−1 veya J⋅K−1⋅kg−1 birim kütle başına entropi için. Entropi rastgeleliği ölçtüğü için, çok düzenli bir sistem düşük entropiye sahiptir.
Bir sistemin entropisini hesaplamak için birkaç yöntem vardır. Ancak, en yaygın yollardan ikisi, tersinir bir sürecin ve bir izotermal sürecin entropisini hesaplamaktır. Tersinir bir sürecin entropisini hesaplamak için formül S = kB ln W'dir, burada kB Boltzmann sabitidir ve değeri 1.38065 × 10'a eşittir.-23 J/K ve W olası durumların sayısıdır. Bir izotermal sürecin entropisini hesaplamak için formül ΔS = ΔQ / T şeklindedir; burada ΔQ, ısıdaki değişimi ifade eder ve T, Kelvin cinsinden sistemin mutlak sıcaklığıdır.
Buzun suda erimesi ve ardından buharlaşması, artan kaosa ve azalan entropiye bir örnektir. Buz küpü enerji kazandığında, ısı enerjisi yapısını gevşeterek sıvıyı oluşturur ve böylece sistemdeki kaosu artırır. Sıvı buhar durumuna geçtiğinde de benzer bir şey olur. Ancak sisteme odaklanıldığında çevrenin entropisi artarken entropi azalır.
Entalpi ve Entropi Arasındaki Temel Farklılıklar
Çözüm
Entalpi ve entropi arasındaki farkı anlamak, doğadaki çeşitli süreçleri akılda tutmak için çok önemlidir. Buzun erimesinden karmaşık termodinamik problemlerinin çözümüne kadar, entalpi ve entropinin temel kavramları uygulanır.
Ancak entalpi doğrudan hesaplanamaz, bu yüzden iki faz arasındaki değişimini hesaplıyoruz. Öte yandan, entropi, bir sistemdeki rastgelelik derecesi olarak hesaplanır. Bir sistem enerji kazandığında, düzensizlik artar ve entropi azalır ve bunun tersi de geçerlidir.
