حاسبة الإنتروبيا

الفئة: الكيمياء
- أبريل 06, 2025
| |

تحدد هذه الآلة الحاسبة تغييرات الإنتروبيا في عمليات الديناميكا الحرارية المختلفة. الإنتروبيا (S) هي مقياس للفوضى أو العشوائية في نظام ما.

وحدة الإنتروبيا في النظام الدولي هي الجول لكل كلفن (J/K) أو J/(mol·K) للإنتروبيا المولية.

تغيير الإنتروبيا لانتقالات الطور

أدخل قيمة إيجابية بغض النظر عن الاتجاه
g/mol

حول الإنتروبيا

الإنتروبيا (S) هي خاصية أساسية تقيس درجة الفوضى أو العشوائية في نظام ديناميكي حراري. ببساطة، تقيس كيف تتوزع الطاقة أو تنتشر في نظام ما.

المفاهيم الأساسية:
  • القانون الثاني للديناميكا الحرارية: الإنتروبيا في نظام معزول تزداد دائمًا مع مرور الوقت، وتقترب من قيمة قصوى عند التوازن.
  • الوحدات: وحدة الإنتروبيا في النظام الدولي هي الجول لكل كلفن (J/K). يتم التعبير عن الإنتروبيا المولية في J/(mol·K).
  • الإنتروبيا القياسية: الإنتروبيا المولية القياسية (S°) لمادة عند 25 درجة مئوية وضغط 1 بار.
  • تغيير الإنتروبيا: بالنسبة لعملية ما، ΔS = Sfinal - Sinitial. تشير ΔS الإيجابية إلى زيادة الفوضى.
تغييرات الإنتروبيا في عمليات مختلفة:
  • تغييرات الطور: عمومًا، تزداد الإنتروبيا عندما تتغير المادة من صلبة إلى سائلة أو من سائلة إلى غاز (Ssolid < Sliquid < Sgas).
  • تغييرات درجة الحرارة: تسخين مادة ما يزيد عادةً من إنتروبياها حيث تزداد حركة الجزيئات.
  • الخلط: تزداد الإنتروبيا عندما تختلط مواد مختلفة، حيث يصبح النظام أكثر فوضى.
  • التفاعلات الكيميائية: تعتمد تغييرات الإنتروبيا على عدد وتعقيد جزيئات المتفاعلات والمنتجات.
التفسير الإحصائي:

من منظور إحصائي، ترتبط الإنتروبيا بعدد التكوينات المجهرية الممكنة (الحالات الدقيقة) لنظام ما. ترتبط صيغة إنتروبيا بولتزمان، S = kBln(W)، بالإنتروبيا الديناميكية الحرارية بالميكانيكا الإحصائية، حيث kB هو ثابت بولتزمان وW هو عدد الحالات الدقيقة.

نظرية المعلومات:

في نظرية المعلومات، تقيس إنتروبيا شانون عدم اليقين أو العشوائية في توزيع الاحتمالات، وتمثل متوسط محتوى المعلومات للأحداث. على الرغم من أنها مشابهة رياضيًا للإنتروبيا الديناميكية الحرارية، إلا أنها متميزة من الناحية المفاهيمية.

ما هو حاسبة الإنتروبيا؟

حاسبة الإنتروبيا هي أداة مصممة لحساب تغييرات الإنتروبيا في عمليات الديناميكا الحرارية المختلفة. الإنتروبيا (S) تقيس الفوضى في نظام ما وتلعب دورًا رئيسيًا في فهم نقل الطاقة وكفاءة التغيرات الفيزيائية والكيميائية.

توفر هذه الأداة حسابات لـ:

  • تغيرات الطور – تغييرات الإنتروبيا أثناء الانصهار، والتجمد، والتبخر، والتكثف.
  • تغيرات درجة الحرارة – تغيير الإنتروبيا عندما يتم تسخين أو تبريد مادة.
  • الخلط – تأثيرات الإنتروبيا عندما تختلط مادتان أو أكثر.
  • التفاعلات الكيميائية – الفرق في الإنتروبيا بين المتفاعلات والمنتجات.
  • الإنتروبيا الإحصائية – الإنتروبيا بناءً على عدد الحالات الدقيقة أو إنتروبيا المعلومات.

صيغ الإنتروبيا

1. تغيير الإنتروبيا لانتقالات الطور:
ΔS = ΔH / T

حيث:

  • ΔS = تغيير الإنتروبيا (J/K)
  • ΔH = تغيير الإنثالبي لانتقال الطور (J)
  • T = درجة الحرارة (K)
2. تغيير الإنتروبيا لتغيرات درجة الحرارة:
ΔS = nCp ln(T₂ / T₁)

حيث:

  • n = كمية المادة (mol)
  • Cp = السعة الحرارية عند ضغط ثابت (J/(mol·K))
  • T₁ = درجة الحرارة الابتدائية (K)
  • T₂ = درجة الحرارة النهائية (K)
3. إنتروبيا الخلط:
ΔSmix = -R (n₁ln x₁ + n₂ln x₂ + ...)

حيث:

  • R = ثابت الغاز (8.314 J/(mol·K))
  • ni = كمية المكون i (mol)
  • xi = كسر المول للمكون i
4. تغيير الإنتروبيا في التفاعلات الكيميائية:
ΔS°rxn = ∑νpS°p - ∑νrS°r

حيث:

  • νp = معامل ستوكيومتري للمنتج
  • S°p = الإنتروبيا المولية القياسية للمنتج (J/(mol·K))
  • νr = معامل ستوكيومتري للمتفاعل
  • S°r = الإنتروبيا المولية القياسية للمتفاعل (J/(mol·K))
5. الإنتروبيا الإحصائية:
S = kB ln(W)

حيث:

  • kB = ثابت بولتزمان (1.380649 × 10-23 J/K)
  • W = عدد الحالات الدقيقة الممكنة

كيفية استخدام حاسبة الإنتروبيا

استخدام الحاسبة بسيط. اتبع هذه الخطوات:

  1. اختر نوع حساب الإنتروبيا الذي تحتاجه (تغير الطور، تغير درجة الحرارة، الخلط، التفاعل، أو الإحصائي).
  2. أدخل القيم المطلوبة مثل درجة الحرارة، الإنثالبي، أو كميات المواد.
  3. اختر الوحدات المناسبة من قوائم السحب.
  4. اضغط على زر "احسب الإنتروبيا" للحصول على النتائج على الفور.
  5. عرض تغيير الإنتروبيا المحسوب مع الشروحات وتطبيقات الصيغ.

لماذا الإنتروبيا مهمة؟

تساعد الإنتروبيا في تفسير عفوية التفاعلات، وكفاءة الطاقة، والفوضى في نظام ما. فهم الإنتروبيا أمر حاسم في مجالات مثل:

  • الديناميكا الحرارية – تساعد في التنبؤ باتجاه العمليات الكيميائية والفيزيائية.
  • الكيمياء – تحدد جدوى التفاعل والتوازن.
  • الهندسة – تستخدم في تصميم المحركات، والثلاجات، ومبادلات الحرارة.
  • علوم المعلومات – تقيس عدم اليقين في البيانات وتوزيعات الاحتمالات.

الأسئلة الشائعة (FAQ)

ما هي الإنتروبيا؟

الإنتروبيا هي مقياس للفوضى في نظام ما. إنها تحدد كيف يتم توزيع الطاقة وما إذا كانت العملية عفوية.

لماذا تزداد الإنتروبيا؟

تنص القانون الثاني للديناميكا الحرارية على أن الإنتروبيا تميل إلى الزيادة مع مرور الوقت في نظام معزول. وهذا يعني أن الأنظمة تتحرك بشكل طبيعي نحو فوضى أكبر.

هل يمكن أن تنخفض الإنتروبيا؟

نعم، ولكن فقط في ظروف محددة، مثل عندما يتبادل نظام ما الطاقة مع محيطه. ومع ذلك، فإن الإنتروبيا الكلية للكون دائمًا ما تزداد.

ما هي الوحدات المستخدمة للإنتروبيا؟

تقاس الإنتروبيا بالجول لكل كلفن (J/K). الإنتروبيا المولية، التي هي الإنتروبيا لكل مول من المادة، تقاس بـ J/(mol·K).

كيف ترتبط الإنتروبيا بدرجة الحرارة؟

تزداد الإنتروبيا مع درجة الحرارة لأن درجات الحرارة الأعلى تؤدي إلى مزيد من الحركة الجزيئية والفوضى.

هل الخلط دائمًا يزيد الإنتروبيا؟

نعم، الخلط بين المواد يزيد عمومًا من الإنتروبيا لأن الجزيئات تصبح موزعة بشكل أكثر عشوائية.

الخاتمة

حاسبة الإنتروبيا هي أداة قيمة لحساب تغييرات الإنتروبيا في عمليات مختلفة. سواء كنت تدرس الديناميكا الحرارية أو الكيمياء أو الفيزياء، فإن هذه الأداة تبسط حسابات الإنتروبيا وتساعد في فهم تحويلات الطاقة. جربها الآن لاستكشاف الإنتروبيا في العمل!