הבדל מפתח – פונקציית מצב לעומת פונקציית נתיב
תרמודינמיקה היא ענף מרכזי בכימיה פיזיקלית המציין את הקשרים התרמוכימיים עם צורות שונות של אנרגיה ועבודה. ישנם ארבעה חוקים תרמודינמיים המשמשים בתיאור ההתנהגות של מערכת תרמודינמית. פונקציית המצב ופונקציית הנתיב הן שתי דרכים לבטא תכונות תרמודינמיות שונות של מערכות. ההבדל העיקרי בין פונקציית מצב לפונקציית נתיב הוא שפונקציות מצב אינן תלויות בנתיב או בתהליך ואילו פונקציות הנתיב תלויות בנתיב או בתהליך. לכן פונקציית מצב ופונקציית נתיב מנוגדות זו לזו.
מהו פונקציית המדינה
פונקציה State היא מונח תרמודינמי המשמש למתן שם למאפיין שערכו אינו תלוי בנתיב שנלקח כדי להגיע לערך הספציפי הזה. פונקציות מצב ידועות גם כפונקציות נקודה. פונקציית מצב תלויה רק במצב הנוכחי של המערכת התרמודינמית ובמצב ההתחלתי שלה (ללא תלות בנתיב). פונקציית המצב של מערכת תרמודינמית מתארת את מצב שיווי המשקל של אותה מערכת ללא קשר לאופן שבו המערכת הגיעה למצב זה.
דוגמאות לפונקציות מדינה
- מסה
- Energy – אנטלפיה, אנרגיה פנימית, אנרגיה חופשית של גיבס וכו'.
- Entropy
- לחץ
- טמפרטורה
- כרך
- הרכב כימי
- Altitude
פונקציית מדינה תלויה בשלושה דברים: המאפיין, הערך ההתחלתי והערך הסופי. אנתלפיה היא פונקציה של מדינה. ניתן לתת אותו כביטוי מתמטי כפי שניתן להלן.
בו, t1 הוא המצב הסופי, t0 הוא המצב ההתחלתי ו-h הוא האנטלפיה של המערכת.
מהי פונקציית נתיב?
פונקציית נתיב היא מונח תרמודינמי המשמש למתן שם למאפיין שערכו תלוי בנתיב שנלקח כדי להגיע לערך הספציפי הזה. במילים אחרות, פונקציית נתיב תלויה בנתיב שנלקח כדי להגיע למצב סופי ממצב התחלתי. פונקציית נתיב נקראת גם פונקציית תהליך.
פונקציית נתיב נותנת ערכים שונים עבור נתיבים שונים. מכאן שלפונקציות נתיב יש ערכים משתנים בהתאם למסלול. לכן, כאשר מבטאים את פונקציית הנתיב באופן מתמטי, נדרשים מספר אינטגרלים ומגבלות כדי לשלב את פונקציית הנתיב.
דוגמאות לפונקציות נתיב
- עבודה מכנית
- Heat
- אורך קשת
האנרגיה הפנימית ניתנת על ידי המשוואה הבאה:
∆U=q + w
בו ∆U הוא השינוי באנרגיה הפנימית, q הוא החום ו-w הוא העבודה המכנית. האנרגיה הפנימית היא פונקציית מצב, אבל חום ועבודה הם פונקציות נתיב.
מהם הדמיון בין פונקציית מצב ופונקציית נתיב?
- שתיהן פונקציות המתוארות בתרמודינמיקה.
- שניהם הם מאפיינים של מערכות תרמודינמיות.
מה ההבדל בין פונקציית מצב לפונקציית נתיב?
פונקציית מצב לעומת פונקציית נתיב |
|
| פונקציית המדינה היא מונח תרמודינמי המשמש למתן שם למאפיין שערכו אינו תלוי בנתיב שנלקח כדי להגיע לערך הספציפי הזה. | פונקציית נתיב היא מונח תרמודינמי המשמש למתן שם למאפיין שערכו תלוי בנתיב שנלקח כדי להגיע לערך הספציפי הזה. |
| שמות אחרים | |
| פונקציות מצב נקראות גם פונקציות נקודה. | פונקציות נתיב נקראות גם פונקציות תהליך. |
| תהליך | |
| פונקציות המדינה אינן תלויות בנתיב או בתהליך. | פונקציות הנתיב תלויות בנתיב או בתהליך. |
| אינטגרציה | |
| ניתן לשלב את פונקציית המדינה באמצעות הערכים ההתחלתיים והסופיים של התכונה התרמודינמית של המערכת. | פונקציית הנתיב דורשת אינטגרלים מרובים ומגבלות אינטגרציה כדי לשלב את המאפיין. |
| Values | |
| הערך של פונקציית המדינה נשאר זהה ללא קשר למספר השלבים. | הערך של פונקציית הנתיב של תהליך צעד בודד שונה מתהליך מרובה שלבים. |
| דוגמאות | |
| פונקציות מצב כוללות אנטרופיה, אנטלפיה, מסה, נפח, טמפרטורה וכו'. | פונקציות הנתיב כוללות חום ועבודה מכנית. |
סיכום – פונקציית מצב לעומת פונקציית נתיב
פונקציית מצב ופונקציית נתיב הן שתי צורות של ביטויים תרמודינמיים המעניקים תכונות שונות של מערכות תרמודינמיות. מונחים אלו שונים זה מזה; ההבדל העיקרי בין פונקציית מצב לפונקציית נתיב הוא שפונקציות מצב אינן תלויות בנתיב או בתהליך ואילו פונקציות הנתיב תלויות בנתיב או בתהליך.
