ความจุความร้อนเทียบกับเอนโทรปี: ความแตกต่างและการเปรียบเทียบ

ความจุความร้อนและเอนโทรปีเป็นสองด้านของเหรียญเดียวกัน เป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดซึ่งพึ่งพาซึ่งกันและกันและสามารถศึกษาสัมพันธ์กันได้

ความจุความร้อนเป็นแนวคิดที่วัดได้ ในขณะที่เอนโทรปีนั้นเป็นนามธรรมมากกว่า

ประเด็นที่สำคัญ

1. ความจุความร้อนแสดงถึงความร้อนที่จำเป็นต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารหนึ่งองศา ในขณะที่เอนโทรปีจะวัดความผิดปกติหรือการสุ่มในระบบ
2. ความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติที่ครอบคลุมซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของสาร ในขณะที่เอนโทรปีเป็นฟังก์ชันสถานะที่ขึ้นอยู่กับสถานะปัจจุบันของระบบ
3. ทั้งความจุความร้อนและเอนโทรปีมีบทบาทสำคัญในการทำความเข้าใจอุณหพลศาสตร์และการทำนายผลลัพธ์ของกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับความร้อน

ความจุความร้อนเทียบกับเอนโทรปี

ความจุความร้อน คือปริมาณความร้อนที่ต้องทำให้อุณหภูมิของสารเพิ่มขึ้นหนึ่งองศาเซลเซียสหรือเคลวิน เอนโทรปีคือการวัดความผิดปกติหรือการสุ่มของระบบ ซึ่งหมายถึงปริมาณพลังงานความร้อนที่ไม่สามารถแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ได้เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลทางความร้อน

ความจุความร้อนหมายถึงคุณสมบัติทางกายภาพของสสารที่เกิดจากปริมาณความร้อนที่ให้แก่วัตถุซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิของวัตถุดังกล่าวแตกต่างกันในแต่ละหน่วย

ความจุความร้อนเรียกอีกอย่างว่าความจุความร้อน จูล เปอร์ เคลวินซึ่งเขียนโดยทั่วไปว่า J/K ได้รับการยอมรับว่าเป็น SI อย่างเป็นทางการของความร้อนหรือความจุความร้อน

เอนโทรปีหมายถึงปริมาณทางอุณหพลศาสตร์ที่ใช้เพื่อแสดงปริมาณพลังงานความร้อนของระบบที่กำหนดซึ่งไม่สามารถแปลงเป็นงานที่มีประสิทธิผลใดๆ ได้

เป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่ใช้ในการคำนวณและสังเกตความไม่แน่นอน ความผิดปกติ ความสุ่ม หรือความสับสนวุ่นวายที่พบในระบบ

แนวคิดของเอนโทรปีช่วยศึกษาทิศทางของการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเอง เอนโทรปีถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ปรากฏการณ์ทั่วไป

ตารางเปรียบเทียบ

พารามิเตอร์ของการเปรียบเทียบ	ความจุความร้อน	เอนโทรปี
ความหมาย	หมายถึงการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของวัตถุ การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นผลมาจากพลังงานที่ถูกดูดซับ	เป็นการนับระบบเฉพาะที่สามารถพบวัสดุภายใต้การกำหนดพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ทราบ
การอยู่ที่	ทั้งขึ้นอยู่กับวัสดุและกระบวนการ โดยวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิของวัตถุและสามารถย้อนกลับได้และย้อนกลับไม่ได้	โดยไม่ขึ้นกับวัตถุหรือวัสดุใดๆ กระบวนการส่วนใหญ่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ทำให้ขึ้นอยู่กับกระบวนการ
ความคุ้มค่า	สามารถหาค่าสัมบูรณ์ของความจุความร้อนได้จากการทดลอง	ไม่สามารถหาค่าสัมบูรณ์ของเอนโทรปีได้ อย่างไรก็ตาม เอนโทรปีสามารถแสดงได้โดยใช้ค่าสัมพัทธ์
ความสัมพันธ์	ความจุความร้อนคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีกับอุณหภูมิ	เอนโทรปีคำนวณจากการเติมสะสมของปลายทางพลังงานระหว่างศูนย์สัมบูรณ์ (ไม่เคลื่อนที่) และอุณหภูมิที่กำหนด
การคำนวณ	Q= mcΔT Q = พลังงานความร้อน ม. = มวล c = ความร้อนจำเพาะ ความจุ ΔT = การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ	S= kblnΩ S = เอนโทรปี kb = ค่าคงที่ของ Boltzmann ln = ลอการิทึมธรรมชาติ Ω = จำนวนการกำหนดค่าระดับจุลภาค

ความจุความร้อนคืออะไร?

ความจุความร้อนวัดความแตกต่างของอุณหภูมิของวัตถุหรือวัสดุเมื่อพลังงานถูกดูดซับหรือให้โดยวัสดุ

เป็นคุณสมบัติของสสารที่มีลักษณะทางกายภาพ โดยคำนวณปริมาณพลังงานที่วัตถุดังกล่าวต้องดูดซับเพื่อให้อุณหภูมิแกนกลางของวัตถุเปลี่ยนแปลงไปในหน่วยเดียว

การศึกษาความจุความร้อนเป็นคุณสมบัติที่กว้างขวาง

ค่าของความร้อนที่ต้องเพิ่มหรือนำไปใช้กับวัตถุหรือวัสดุที่กำหนดเพื่อเพิ่มอุณหภูมิจะแตกต่างกันไปตามอุณหภูมิเริ่มต้นของผลิตภัณฑ์ที่เป็นปัญหาและปริมาณความดันที่ใช้

ปริมาณความร้อนที่จะเติมยังแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนสถานะ เช่น การกลายเป็นไอหรือการหลอมละลาย 

กระบวนการหาความจุความร้อนนั้นค่อนข้างง่ายสำหรับวัตถุใดก็ตาม

วัตถุจะถูกวัดในขั้นแรก และค่อยๆ เพิ่มความร้อนจำนวนหนึ่งเข้าไปอย่างช้าๆ และสังเกตดูว่าอุณหภูมิจะสม่ำเสมออีกครั้ง ต่อมาจะมีการวัดและบันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

วิธีการคำนวณความจุความร้อนของวัสดุนี้ได้ผลดีที่สุดสำหรับก๊าซและให้การวัดที่แม่นยำน้อยกว่าในกรณีของของแข็ง

หน่วย SI คือจูลต่อเคลวิน หรืออีกวิธีหนึ่งคือ J/K หรือ J⋅K−1 สำหรับความจุความร้อน ความจุความร้อนของวัตถุใดๆ คือปริมาณพลังงานหารด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ

เอนโทรปีคืออะไร?

เอนโทรปีเป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่สามารถศึกษาได้ว่าเป็นทรัพย์สินทางกายภาพที่วัดได้ มันถูกกำหนดให้เป็นการวัดเชิงปริมาณของการสุ่ม ความไม่เป็นระเบียบ หรือความสับสนวุ่นวายในระบบใดก็ตาม

ตั้งอยู่ใต้ อุณหพลศาสตร์แนวคิดนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายเทพลังงานความร้อนภายในระบบ

เอนโทรปีมีความสำคัญและมีบทบาทสำคัญในกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

แมคควอร์น แรงคิน นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรชาวสก็อต เรียกแนวคิดนี้ในปี ค.ศ. 1850 ว่า แนวคิดของอุณหพลศาสตร์ได้รับการตั้งชื่อด้วยวิธีต่างๆ มากมาย เช่น ฟังก์ชันทางอุณหพลศาสตร์และศักย์ความร้อน

แทนที่จะเป็นรูปแบบหนึ่งของ "เอนโทรปีสัมบูรณ์" นักฟิสิกส์ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีที่เกิดขึ้นในกระบวนการทางอุณหพลศาสตร์ที่เฉพาะเจาะจง

การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีไม่ขึ้นอยู่กับวัสดุและขึ้นอยู่กับกระบวนการ เนื่องจากกระบวนการบางอย่างไม่สามารถย้อนกลับหรือเป็นไปไม่ได้

มีการสังเกตว่าการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีเป็นสัดส่วนกับการถ่ายเทความร้อนในกระบวนการย้อนกลับ (ที่อุณหภูมิคงที่)

อย่างไรก็ตาม กระบวนการส่วนใหญ่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้นปริมาณจึงขึ้นอยู่กับกระบวนการ

เอนโทรปีจะนับจำนวนสถานะเฉพาะที่สามารถค้นหาระบบได้ โดยพิจารณาจากพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ทราบ

สามารถศึกษาเอนโทรปีได้โดยใช้สองวิธี: มุมมองมหภาคและกล้องจุลทรรศน์ของอุณหพลศาสตร์คลาสสิกและกลศาสตร์ทางสถิติ ตามลำดับ

ความแตกต่างหลักระหว่างความจุความร้อนและเอนโทรปี

1. ความแตกต่างระหว่างความจุความร้อนและเอนโทรปีคือ แม้ว่าความจุความร้อนจะขึ้นอยู่กับวัสดุหรือวัตถุ เช่น การวัดการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเมื่อวัสดุดูดซับพลังงาน ในทางกลับกัน เอนโทรปีไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัตถุใดๆ
2. เอนโทรปีนับจำนวนสถานะเฉพาะที่ระบบสามารถพบได้ โดยกำหนดพารามิเตอร์ทางอุณหพลศาสตร์ที่ทราบ ในขณะที่ความจุความร้อนจะวัดระดับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ
3. ความจุความร้อนขึ้นอยู่กับทั้งวัสดุและกระบวนการ เอนโทรปีไม่ขึ้นอยู่กับวัสดุและขึ้นอยู่กับกระบวนการ
4. ความจุความร้อนคืออัตราการเปลี่ยนแปลงของเอนโทรปีกับอุณหภูมิ เอนโทรปีเป็นแนวคิดทางวิทยาศาสตร์ที่ทราบกันดีว่าวัดระบบด้วยพลังงานความร้อนของหน่วยหนึ่งซึ่งไม่สามารถทำงานได้ใดๆ
5. ความจุความร้อนมีค่าสัมบูรณ์ ในขณะที่เอนโทรปีไม่มีค่าสัมบูรณ์

อ้างอิง

1. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja01298a023
2. https://newbedev.com/difference-between-heat-capacity-and-entropy

อัพเดตล่าสุด : 13 กรกฎาคม 2023