تفاوت انتالپی و انتروپی
ارسال شده: جمعه ۱۴۰۱/۷/۱ - ۰۸:۳۱
ما می دانیم که تفاوت عمده بین آنتالپی و آنتروپی این است که حتی اگر آنها بخشی از یک سیستم ترمودینامیکی هستند، آنتالپی به عنوان محتوای گرمای کل نشان داده می شود در حالی که آنتروپی درجه بی نظمی است.آنتالپی به چه معناست؟
منظور از آنتالپی چیست؟ استاد من به من می گوید "محتوای گرما". که به معنای واقعی کلمه معنی ندارد. محتوای گرما برای من به معنای انرژی درونی است. اما واضح است که آنتالپی این نیست، با توجه به: H=U+PV (و در هر صورت، دو کلمه معنی یکسانی نداشتند). سپس، من می فهمم که ΔH=Qp. این بیانیه فرمول ریاضی این جمله است: "در فشار ثابت، تغییر آنتالپی ممکن است به عنوان گرما تفسیر شود." به غیر از این، من هیچ ایده ای ندارم که H یا ΔH به چه معناست.
پس H به چه معناست؟تعریف استاندارد: آنتالپی اندازه گیری انرژی در یک سیستم ترمودینامیکی است. این کمیت ترمودینامیکی معادل انرژی داخلی سیستم به اضافه حاصل ضرب فشار و حجم است.
H=U+PV
به طور خلاصه، اصطلاح U را می توان به عنوان انرژی مورد نیاز برای ایجاد سیستم تفسیر کرد و اصطلاح PV را به عنوان انرژی مورد نیاز برای ایجاد فضا برای سیستم در صورت ثابت ماندن فشار محیط تفسیر کرد.
هنگامی که یک سیستم، به عنوان مثال، n مول از گاز حجم V در فشار P و دمای T، ایجاد می شود یا از صفر مطلق به حالت فعلی خود می رسد، انرژی باید برابر با انرژی داخلی آن U به اضافه PV تامین شود، جایی که PV برابر است. کار انجام شده در فشار در برابر فشار محیط (اتمسفر).
اطلاعات بیشتر در مورد آنتالپی:
1) آنتالپی کل، H، یک سیستم را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد. آنتالپی خود یک پتانسیل ترمودینامیکی است، بنابراین برای اندازه گیری آنتالپی یک سیستم، باید به یک نقطه مرجع تعریف شده رجوع کنیم. بنابراین آنچه ما اندازه گیری می کنیم تغییر در آنتالپی، ΔH است.
2) در فیزیک پایه و مکانیک آماری ممکن است مطالعه خصوصیات داخلی سیستم جالب تر باشد و بنابراین از انرژی داخلی استفاده می شود. اما در شیمی پایه، آزمایشها اغلب در فشار اتمسفر ثابت انجام میشوند، و کار حجم-فشار نشاندهنده تبادل انرژی با اتمسفر است که قابل دسترسی یا کنترل نیست، به طوری که ΔH عبارتی است که برای گرمای واکنش انتخاب میشود.
3) انرژی باید برای حذف ذرات از محیط اطراف تامین شود تا فضایی برای ایجاد سیستم ایجاد شود، با فرض ثابت ماندن فشار P. این اصطلاح PV است. انرژی عرضه شده باید تغییر در انرژی داخلی U را نیز فراهم کند که شامل انرژی های فعال سازی، انرژی های یونیزاسیون، انرژی های اختلاط، انرژی های تبخیر، انرژی های پیوند شیمیایی و غیره است.
اینها با هم تغییر در آنتالپی U+PV را تشکیل می دهند. برای سیستمهایی که فشار ثابتی دارند، بدون کار خارجی غیر از کار PV، تغییر در آنتالپی گرمای دریافتی سیستم است.
برای یک سیستم ساده، با تعداد ذرات ثابت، تفاوت آنتالپی حداکثر مقدار انرژی حرارتی است که از یک فرآیند ترمودینامیکی که در آن فشار ثابت نگه داشته میشود، به دست میآید.
من مثالی میزنم
شما روی یک صندلی نشسته اید. سپس بلند می شوید و دستان خود را دراز می کنید. با انجام این کار، مقداری هوا را جابه جا می کنید تا فضایی برای خود باز کنید. به طور مشابه یک گاز برای جابجایی گازهای دیگر یا هر محدودیت دیگری کار می کند تا جایی برای خود باز کند. برای اینکه آن را قابل درک تر کنید، خود را در یک جعبه به اندازه کافی بزرگ تصور کنید که شما را در خود جای دهد. در حال حاضر، سعی کنید بازوهای خود را دراز کنید. مطمئناً باید کارهای زیادی انجام دهید تا بازوهای خود را کاملاً بکشید. هوا دقیقاً مانند این جعبه است به جز اینکه در مورد هوا باید کارهای ناچیزی انجام دهید تا جا برای خود باز کنید.
سیلندری را در نظر بگیرید که حاوی جرم معینی از گاز است و توسط یک پیستون بی وزن در بالا محصور شده است.
اگر سیستم را گرم کنید، دمای گاز افزایش می یابد و در نتیجه فشار گاز افزایش می یابد. این باعث بالا آمدن پیستون در بالا می شود. گاز در حال انبساط در حین انجام کار فوق مقداری از انرژی حرارتی خود را از دست می دهد. به همین ترتیب، حجم سیستم گازی نیز در حال افزایش است. دو عامل فوق باعث می شود که فشار گاز در نهایت با فشار اتمسفر برابر شود.
اگر ΔQ مقدار گرمای اضافه شده به گاز، ΔW کار انجام شده توسط گاز و ΔU افزایش انرژی داخلی گاز (که متناسب با افزایش دمای گاز است) باشد، سپس
$ΔQ=ΔU+ΔW$
$ΔQ=ΔU+PΔV$
$ΔQ=Δ(U+PV)$
تغییر در مقدار $"U+PV$" سیستم، میزان گرمای اضافه شده به سیستم را نشان می دهد.
این کمیت$ "U+PV"$ سیستم همان چیزی است که ما به آن آنتالپی سیستم می گوییم.
تغییر در آنتالپی سیستم بیانگر گرمای اضافه شده به سیستم است.
$ΔQ=ΔH$
ما نمیتوانیم عباراتی مانند Q، U و H را به صورت عددی توصیف کنیم، بلکه فقط میتوانیم تغییر در آنها را توصیف کنیم. این به این دلیل است که صفر در چنین مقادیری دلخواه است. با این حال، این فقط کمی نگران کننده است زیرا این تغییرات در مقادیر فوق است که واقعاً ما را مورد توجه قرار می دهد.$ΔH=−mcΔT$
و$q=mcΔT$
چیزی که من مطمئن نیستم این است که استادم من می گوید که q و ΔH یک چیز هستند اما اینکه q را به عنوان یک قدر در نظر بگیریم و از این رو همیشه مثبت است. اما چیزی که من در مورد آن گیج شده ام این است که چگونه q همیشه مثبت باشد؟ اگر تغییر دما منفی باشد چه؟ همچنین تفاوت q و ΔH چیست. درک فعلی من این است که آنها یک چیز هستند و تغییر انرژی گرمایی را اندازه می گیرند. آیا این درست است؟آنتالپی به عنوان کل انرژی پتانسیل یک سیستم در نظر گرفته می شود. معادله ترمودینامیکی واقعی برای آنتالپی به صورت زیر است:$ΔH=ΔU+Δ(pV)$
که در آن ΔU تغییر در انرژی داخلی است. انرژی داخلی را می توان به عنوان کل انرژی گرمایی موجود در یک سیستم در نظر گرفت. بنابراین ΔU را می توان به عنوان کل انرژی مورد نیاز برای ساخت یک سیستم در نظر گرفت، در حالی که Δ(pV) را می توان به عنوان مقدار انرژی مورد نیاز برای ایجاد فضا برای سیستم در نظر گرفت.
از طرف دیگر Q در واقع چیزی متفاوت از آنتالپی است. Q به انتقال حرارت یک سیستم اشاره دارد. توجه داشته باشید که این بدان معنی است که q می تواند مثبت یا منفی باشد (اگر انرژی گرمایی از سیستم به محیط اطراف حرکت کند) و بنابراین همیشه مثبت نیست. فرمول صحیح انتقال حرارت عبارت است از:$q=ΔU−w$
بنابراین در واقع، q همیشه نباید برابر با تغییر آنتالپی باشد. با این حال در سطح مدرسه آموزش داده می شود که آنها با یک چیز برابر هستند. این به این دلیل است که فرض میکنیم فشار ثابت است (که یک فرض رایج است که معمولاً اکثر آزمایشها فشار ثابتی دارند)، آنتالپی میشود:$\Delta H = \Delta U + p\Delta V$
همچنین از آنجایی که $w = p\Delta V$آنتالپی می شود:$\Delta H = \Delta U - w = q$
از این رو، آنتالپی و q تنها زمانی که فشار ثابت است با مقادیر یکسانی برابرند.معادله ای که معلم شما به شما داده است در واقع معادله ای برای انتقال حرارت است نه تغییر آنتالپی. اما از آنجایی که آنتالپی در اکثر موارد برابر با انتقال حرارت است، معمولاً گفته می شود که تغییر آنتالپی نیز برابر با آن معادله است. با این حال، یک اشتباه این است که نباید در معادله تغییر آنتالپی یک منهای وجود داشته باشد. معادله انتقال حرارت و آنتالپی باید هر دو یکسان باشد..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا
منظور از آنتالپی چیست؟ استاد من به من می گوید "محتوای گرما". که به معنای واقعی کلمه معنی ندارد. محتوای گرما برای من به معنای انرژی درونی است. اما واضح است که آنتالپی این نیست، با توجه به: H=U+PV (و در هر صورت، دو کلمه معنی یکسانی نداشتند). سپس، من می فهمم که ΔH=Qp. این بیانیه فرمول ریاضی این جمله است: "در فشار ثابت، تغییر آنتالپی ممکن است به عنوان گرما تفسیر شود." به غیر از این، من هیچ ایده ای ندارم که H یا ΔH به چه معناست.
پس H به چه معناست؟تعریف استاندارد: آنتالپی اندازه گیری انرژی در یک سیستم ترمودینامیکی است. این کمیت ترمودینامیکی معادل انرژی داخلی سیستم به اضافه حاصل ضرب فشار و حجم است.
H=U+PV
به طور خلاصه، اصطلاح U را می توان به عنوان انرژی مورد نیاز برای ایجاد سیستم تفسیر کرد و اصطلاح PV را به عنوان انرژی مورد نیاز برای ایجاد فضا برای سیستم در صورت ثابت ماندن فشار محیط تفسیر کرد.
هنگامی که یک سیستم، به عنوان مثال، n مول از گاز حجم V در فشار P و دمای T، ایجاد می شود یا از صفر مطلق به حالت فعلی خود می رسد، انرژی باید برابر با انرژی داخلی آن U به اضافه PV تامین شود، جایی که PV برابر است. کار انجام شده در فشار در برابر فشار محیط (اتمسفر).
اطلاعات بیشتر در مورد آنتالپی:
1) آنتالپی کل، H، یک سیستم را نمی توان به طور مستقیم اندازه گیری کرد. آنتالپی خود یک پتانسیل ترمودینامیکی است، بنابراین برای اندازه گیری آنتالپی یک سیستم، باید به یک نقطه مرجع تعریف شده رجوع کنیم. بنابراین آنچه ما اندازه گیری می کنیم تغییر در آنتالپی، ΔH است.
2) در فیزیک پایه و مکانیک آماری ممکن است مطالعه خصوصیات داخلی سیستم جالب تر باشد و بنابراین از انرژی داخلی استفاده می شود. اما در شیمی پایه، آزمایشها اغلب در فشار اتمسفر ثابت انجام میشوند، و کار حجم-فشار نشاندهنده تبادل انرژی با اتمسفر است که قابل دسترسی یا کنترل نیست، به طوری که ΔH عبارتی است که برای گرمای واکنش انتخاب میشود.
3) انرژی باید برای حذف ذرات از محیط اطراف تامین شود تا فضایی برای ایجاد سیستم ایجاد شود، با فرض ثابت ماندن فشار P. این اصطلاح PV است. انرژی عرضه شده باید تغییر در انرژی داخلی U را نیز فراهم کند که شامل انرژی های فعال سازی، انرژی های یونیزاسیون، انرژی های اختلاط، انرژی های تبخیر، انرژی های پیوند شیمیایی و غیره است.
اینها با هم تغییر در آنتالپی U+PV را تشکیل می دهند. برای سیستمهایی که فشار ثابتی دارند، بدون کار خارجی غیر از کار PV، تغییر در آنتالپی گرمای دریافتی سیستم است.
برای یک سیستم ساده، با تعداد ذرات ثابت، تفاوت آنتالپی حداکثر مقدار انرژی حرارتی است که از یک فرآیند ترمودینامیکی که در آن فشار ثابت نگه داشته میشود، به دست میآید.
من مثالی میزنم
شما روی یک صندلی نشسته اید. سپس بلند می شوید و دستان خود را دراز می کنید. با انجام این کار، مقداری هوا را جابه جا می کنید تا فضایی برای خود باز کنید. به طور مشابه یک گاز برای جابجایی گازهای دیگر یا هر محدودیت دیگری کار می کند تا جایی برای خود باز کند. برای اینکه آن را قابل درک تر کنید، خود را در یک جعبه به اندازه کافی بزرگ تصور کنید که شما را در خود جای دهد. در حال حاضر، سعی کنید بازوهای خود را دراز کنید. مطمئناً باید کارهای زیادی انجام دهید تا بازوهای خود را کاملاً بکشید. هوا دقیقاً مانند این جعبه است به جز اینکه در مورد هوا باید کارهای ناچیزی انجام دهید تا جا برای خود باز کنید.
سیلندری را در نظر بگیرید که حاوی جرم معینی از گاز است و توسط یک پیستون بی وزن در بالا محصور شده است.
اگر سیستم را گرم کنید، دمای گاز افزایش می یابد و در نتیجه فشار گاز افزایش می یابد. این باعث بالا آمدن پیستون در بالا می شود. گاز در حال انبساط در حین انجام کار فوق مقداری از انرژی حرارتی خود را از دست می دهد. به همین ترتیب، حجم سیستم گازی نیز در حال افزایش است. دو عامل فوق باعث می شود که فشار گاز در نهایت با فشار اتمسفر برابر شود.
اگر ΔQ مقدار گرمای اضافه شده به گاز، ΔW کار انجام شده توسط گاز و ΔU افزایش انرژی داخلی گاز (که متناسب با افزایش دمای گاز است) باشد، سپس
$ΔQ=ΔU+ΔW$
$ΔQ=ΔU+PΔV$
$ΔQ=Δ(U+PV)$
تغییر در مقدار $"U+PV$" سیستم، میزان گرمای اضافه شده به سیستم را نشان می دهد.
این کمیت$ "U+PV"$ سیستم همان چیزی است که ما به آن آنتالپی سیستم می گوییم.
تغییر در آنتالپی سیستم بیانگر گرمای اضافه شده به سیستم است.
$ΔQ=ΔH$
ما نمیتوانیم عباراتی مانند Q، U و H را به صورت عددی توصیف کنیم، بلکه فقط میتوانیم تغییر در آنها را توصیف کنیم. این به این دلیل است که صفر در چنین مقادیری دلخواه است. با این حال، این فقط کمی نگران کننده است زیرا این تغییرات در مقادیر فوق است که واقعاً ما را مورد توجه قرار می دهد.$ΔH=−mcΔT$
و$q=mcΔT$
چیزی که من مطمئن نیستم این است که استادم من می گوید که q و ΔH یک چیز هستند اما اینکه q را به عنوان یک قدر در نظر بگیریم و از این رو همیشه مثبت است. اما چیزی که من در مورد آن گیج شده ام این است که چگونه q همیشه مثبت باشد؟ اگر تغییر دما منفی باشد چه؟ همچنین تفاوت q و ΔH چیست. درک فعلی من این است که آنها یک چیز هستند و تغییر انرژی گرمایی را اندازه می گیرند. آیا این درست است؟آنتالپی به عنوان کل انرژی پتانسیل یک سیستم در نظر گرفته می شود. معادله ترمودینامیکی واقعی برای آنتالپی به صورت زیر است:$ΔH=ΔU+Δ(pV)$
که در آن ΔU تغییر در انرژی داخلی است. انرژی داخلی را می توان به عنوان کل انرژی گرمایی موجود در یک سیستم در نظر گرفت. بنابراین ΔU را می توان به عنوان کل انرژی مورد نیاز برای ساخت یک سیستم در نظر گرفت، در حالی که Δ(pV) را می توان به عنوان مقدار انرژی مورد نیاز برای ایجاد فضا برای سیستم در نظر گرفت.
از طرف دیگر Q در واقع چیزی متفاوت از آنتالپی است. Q به انتقال حرارت یک سیستم اشاره دارد. توجه داشته باشید که این بدان معنی است که q می تواند مثبت یا منفی باشد (اگر انرژی گرمایی از سیستم به محیط اطراف حرکت کند) و بنابراین همیشه مثبت نیست. فرمول صحیح انتقال حرارت عبارت است از:$q=ΔU−w$
بنابراین در واقع، q همیشه نباید برابر با تغییر آنتالپی باشد. با این حال در سطح مدرسه آموزش داده می شود که آنها با یک چیز برابر هستند. این به این دلیل است که فرض میکنیم فشار ثابت است (که یک فرض رایج است که معمولاً اکثر آزمایشها فشار ثابتی دارند)، آنتالپی میشود:$\Delta H = \Delta U + p\Delta V$
همچنین از آنجایی که $w = p\Delta V$آنتالپی می شود:$\Delta H = \Delta U - w = q$
از این رو، آنتالپی و q تنها زمانی که فشار ثابت است با مقادیر یکسانی برابرند.معادله ای که معلم شما به شما داده است در واقع معادله ای برای انتقال حرارت است نه تغییر آنتالپی. اما از آنجایی که آنتالپی در اکثر موارد برابر با انتقال حرارت است، معمولاً گفته می شود که تغییر آنتالپی نیز برابر با آن معادله است. با این حال، یک اشتباه این است که نباید در معادله تغییر آنتالپی یک منهای وجود داشته باشد. معادله انتقال حرارت و آنتالپی باید هر دو یکسان باشد..I hope I have helped you in understanding the question. Roham Hesami, seventh semester
aerospace engineering
رهام حسامی ترم هفتم مهندسی هوافضا