ما المقصود بالتغير في الإنتروبيا؟
الإنتروبيا (S) مقياس لمدى العشوائية أو عدد الترتيبات المجهرية المحتملة لأي نظام ديناميكي حراري. أما التغير في الإنتروبيا (ΔS) فيبيّن لك كيف تتبدّل هذه العشوائية أثناء عملية ما. وعند انتقال الحرارة بشكل عكسي تحت درجة حرارة ثابتة، يساوي التغير في الإنتروبيا ببساطة كمية الحرارة المضافة مقسومة على درجة الحرارة المطلقة. تعتمد هذه الحاسبة على العلاقة الأساسية \(\Delta S = q_{rev} / T\) لتعطيك قيمة \(\Delta S\) بوحدة الجول لكل كلفن (J/K).
كيفية استخدام الحاسبة
أدخِل كمية الحرارة المنتقلة عكسيًا، \(q\)، بوحدة الجول (J). استخدم قيمة موجبة عندما تتدفق الحرارة إلى داخل النظام، وقيمة سالبة عندما تخرج منه. بعد ذلك أدخِل درجة الحرارة المطلقة \(T\) بوحدة الكلفن (K) — وتذكّر أن التحويل من الدرجة المئوية يتم بإضافة 273.15. تقوم الحاسبة بقسمة \(q\) على \(T\) لتُرجع لك التغير في الإنتروبيا \(\Delta S\) بوحدة J/K.
شرح المعادلة
المعادلة المعرِّفة هي:
$$\Delta S = \frac{q_{rev}}{T}$$
حيث تمثّل \(q_{rev}\) الحرارة المتبادلة على طول مسار عكسي، وتمثّل \(T\) درجة الحرارة المطلقة الثابتة بالكلفن. ولأن درجة الحرارة تظهر في المقام، فإن الكمية نفسها من الحرارة تُحدث تغيرًا أكبر في الإنتروبيا عند درجات الحرارة المنخفضة. وفي التفاعلات الكيميائية، توجد صيغة بديلة هي \(\Delta S = \sum S_{\text{النواتج}} - \sum S_{\text{المتفاعلات}}\)، أي مجموع الإنتروبيات المولية القياسية.
مثال محلول
لنفترض أن النظام امتصّ 1000 جول من الحرارة بشكل عكسي عند درجة حرارة 300 كلفن. عندئذٍ:
$$\Delta S = 1000 \text{ جول} \div 300 \text{ كلفن} = 3.3333 \text{ J/K}$$
تؤكد الإشارة الموجبة أن إنتروبيا النظام ازدادت نتيجة امتصاصه للحرارة.
الأسئلة الشائعة
لماذا يجب أن تكون درجة الحرارة بالكلفن؟ تُعرَّف الإنتروبيا باستخدام درجة الحرارة المطلقة (الديناميكية الحرارية). واستخدام الدرجة المئوية يؤدي إلى نتائج خاطئة، بل وغير مُعرَّفة بالقرب من 0 °م.
هل يمكن أن تكون قيمة \(\Delta S\) سالبة؟ نعم. فإذا خرجت الحرارة من النظام (قيمة \(q\) سالبة)، تصبح \(\Delta S\) سالبة، ما يعني أن النظام أصبح أكثر انتظامًا.
ما وحدة قياس \(\Delta S\)؟ الجول لكل كلفن (J/K). أما للحصول على الإنتروبيا المولية، فاقسم القيمة على عدد المولات لتحصل على J/(mol·K).
