คุณสมบัติทางกายภาพหรือทางเคมี ของวัสดุ และระบบมักสามารถจำแนกได้เป็นแบบเข้มข้นหรือแบบกว้างขวางโดยพิจารณาจากการเปลี่ยนแปลงของคุณสมบัติเมื่อขนาด (หรือขอบเขต) ของระบบเปลี่ยนแปลง คำว่า "ปริมาณเข้มข้นและปริมาณกว้างขวาง" ถูกนำมาใช้ในวิชาฟิสิกส์โดยนักคณิตศาสตร์ชาวเยอรมันGeorg Helmในปี 1898 และโดยนักฟิสิกส์และนักเคมีชาวอเมริกันRichard C. Tolmanในปี 1917 ^{[ 1 ] [ 2 ]}

ตามที่สหภาพเคมีบริสุทธิ์และประยุกต์ระหว่างประเทศ (IUPAC) ระบุ ไว้ คุณสมบัติแบบเข้มข้นหรือปริมาณแบบเข้มข้นคือคุณสมบัติที่มีขนาด (ขอบเขต) ที่ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ^{[ 3 ]} คุณสมบัติแบบเข้มข้นไม่จำเป็นต้องกระจายอย่างสม่ำเสมอในอวกาศ มันสามารถแตก ต่าง กันไปในแต่ละที่ในมวลสารและรังสี ตัวอย่างของคุณสมบัติแบบเข้มข้นได้แก่อุณหภูมิ T ดัชนีหักเหnความหนาแน่น ρ และความแข็งη

ในทางตรงกันข้ามคุณสมบัติหรือปริมาณที่กว้างขวางคือสิ่งที่มีขนาดที่สามารถบวกกันได้สำหรับระบบย่อย^{[ 4 ​​]} ตัวอย่างเช่นมวลปริมาตรและพลังงานกิบส์^{[ 5 ]}

คุณสมบัติของสสารไม่ได้จัดอยู่ในสองประเภทนี้เสมอไป ตัวอย่างเช่น รากที่สองของปริมาตรนั้นไม่ใช่ทั้งคุณสมบัติแบบเข้มข้นหรือแบบกว้างขวาง^{[ 1 ]}หากระบบหนึ่งมีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นสองเท่าโดยการวางระบบที่เหมือนกันอีกระบบหนึ่งไว้ข้างๆ ค่าของคุณสมบัติแบบเข้มข้นจะเท่ากับค่าของแต่ละระบบย่อย และค่าของคุณสมบัติแบบกว้างขวางจะเป็นสองเท่าของค่าของแต่ละระบบย่อย อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติ⁠${\displaystyle {\sqrt {V}}}$แต่จะถูกคูณด้วย${\displaystyle {\sqrt {2}}}$⁠ .

ความแตกต่างระหว่างคุณสมบัติเชิงความเข้มข้นและคุณสมบัติเชิงปริมาณมีประโยชน์ในเชิงทฤษฎีอยู่บ้าง ตัวอย่างเช่น ในอุณหพลศาสตร์ สถานะของระบบที่อัดได้ง่ายๆ นั้นถูกระบุอย่างสมบูรณ์โดยคุณสมบัติเชิงความเข้มข้นอิสระสองอย่าง พร้อมกับคุณสมบัติเชิงปริมาณอีกหนึ่งอย่าง เช่น มวล คุณสมบัติเชิงความเข้มข้นอื่นๆ นั้นได้มาจากตัวแปรเชิงความเข้มข้นทั้งสองนั้น

สมบัติเชิงความเข้มข้น คือปริมาณทางกายภาพที่มีค่าไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่วัด ปริมาณเชิงความเข้มข้นที่เห็นได้ชัดที่สุดคือ อัตราส่วนของปริมาณเชิงปริมาตร ในระบบเนื้อเดียวกันที่แบ่งออกเป็นสองส่วน สมบัติเชิงปริมาตรทั้งหมด โดยเฉพาะปริมาตรและมวล จะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนเช่นกัน แต่สมบัติเชิงความเข้มข้นทั้งหมด เช่น มวลต่อปริมาตร (ความหนาแน่นมวล) หรือปริมาตรต่อมวล ( ปริมาตรจำเพาะ ) จะต้องคงที่ในแต่ละส่วน

อุณหภูมิ ของระบบ ที่อยู่ในสมดุลทางความร้อนจะเท่ากับอุณหภูมิของส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบนั้น ดังนั้นอุณหภูมิจึงเป็นปริมาณที่ไม่ขึ้นกับปริมาตร หากระบบถูกแบ่งออกด้วยผนังที่ยอมให้ความร้อนหรือสสารผ่านได้ อุณหภูมิของแต่ละส่วนย่อยจะเท่ากัน นอกจากนี้ อุณหภูมิเดือดของสารก็เป็นสมบัติที่ไม่ขึ้นกับปริมาตรเช่นกัน ตัวอย่างเช่น อุณหภูมิเดือดของน้ำคือ 100  องศาเซลเซียส ที่ความดัน 1 บรรยากาศโดยไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำที่ยังคงอยู่ในสถานะของเหลว

คุณสมบัติแบบกว้างขวาง (extensive property) คือปริมาณทางกายภาพที่มีค่าเป็นสัดส่วนกับขนาดของระบบที่อธิบาย^{[ 8 ]}หรือกับปริมาณของสสารในระบบ ตัวอย่างเช่น มวลของตัวอย่างเป็นปริมาณแบบกว้างขวาง ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของสาร ปริมาณแบบเข้มข้น (intensive quantity) ที่เกี่ยวข้องคือความหนาแน่น ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณ ความหนาแน่นของน้ำอยู่ที่ประมาณ 1 กรัม/มิลลิลิตร ไม่ว่าคุณจะพิจารณาหยดน้ำหรือสระว่ายน้ำ แต่มวลจะแตกต่างกันในสองกรณีนี้

การหารคุณสมบัติที่กว้างขวางหนึ่งด้วยคุณสมบัติที่กว้างขวางอีกอย่างหนึ่งจะให้คุณสมบัติที่เข้มข้น—ตัวอย่างเช่นมวล (กว้างขวาง) หารด้วยปริมาตร (กว้างขวาง) จะได้ความหนาแน่น (เข้มข้น) ^{[ 9 ]}

ค่าปริมาณใดๆEสำหรับตัวอย่าง สามารถนำมาหารด้วยปริมาตรของตัวอย่าง เพื่อให้ได้ " ความหนาแน่น E " ของตัวอย่างนั้น ในทำนองเดียวกัน ค่าปริมาณใดๆ " E " สามารถนำมาหารด้วยมวลของตัวอย่าง เพื่อให้ได้ "ค่าE จำเพาะ " ของตัวอย่างนั้น ค่าปริมาณ " E " ที่นำมาหารด้วยจำนวนโมลในตัวอย่างนั้น เรียกว่า "ค่าE โมลาร์ "

ในอุณหพลศาสตร์ ปริมาณที่วัดได้บางอย่างจะวัดปริมาณที่คงที่ในกระบวนการถ่ายโอนทางอุณหพลศาสตร์ โดยปริมาณเหล่านี้จะถูกถ่ายโอนผ่านผนังกั้นระหว่างระบบหรือระบบย่อยทางอุณหพลศาสตร์สองระบบ ตัวอย่างเช่น ชนิดของสสารอาจถูกถ่ายโอนผ่านเยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้ ในทำนองเดียวกัน ปริมาตรอาจถูกมองว่าถูกถ่ายโอนในกระบวนการที่มีการเคลื่อนที่ของผนังกั้นระหว่างสองระบบ ทำให้ปริมาตรของระบบหนึ่งเพิ่มขึ้นและปริมาตรของอีกระบบหนึ่งลดลงในปริมาณที่เท่ากัน

ในทางกลับกัน ปริมาณที่กว้างขวางบางอย่างวัดปริมาณที่ไม่ได้รับการอนุรักษ์ในกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกของการถ่ายเทระหว่างระบบและสิ่งแวดล้อม ในกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกที่ปริมาณพลังงานถูกถ่ายเทจากสิ่งแวดล้อมเข้าหรือออกจากระบบในรูปของความร้อน ปริมาณเอนโทรปีที่สอดคล้องกันในระบบจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามลำดับ แต่โดยทั่วไปแล้วจะไม่เท่ากันกับในสิ่งแวดล้อม ในทำนองเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงปริมาณการโพลาไรเซชันทางไฟฟ้าในระบบไม่จำเป็นต้องสอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงการโพลาไรเซชันทางไฟฟ้าในสิ่งแวดล้อม

ในระบบเทอร์โมไดนามิก การถ่ายโอนปริมาณที่กว้างขวางจะสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงในปริมาณเฉพาะที่เข้มข้นตามลำดับ ตัวอย่างเช่น การถ่ายโอนปริมาตรสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงความดัน การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลงปริมาณโพลาไรเซชันทางไฟฟ้าสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้า ปริมาณที่กว้างขวางที่ถ่ายโอนและปริมาณที่เข้มข้นตามลำดับที่เกี่ยวข้องมีมิติที่คูณกันเพื่อให้ได้มิติของพลังงาน สมาชิกทั้งสองของคู่เฉพาะที่เกี่ยวข้องดังกล่าวเป็นคู่สมซึ่งกันและกัน สามารถกำหนดให้ตัวใดตัวหนึ่งในคู่สมซึ่งกันและกันเป็นตัวแปรสถานะอิสระของระบบเทอร์โมไดนามิกได้ แต่ไม่ใช่ทั้งสองตัว การตั้งค่าคู่สมซึ่งกันและกันเชื่อมโยงกันด้วยการแปลงเลอจองเดอร์

อัตราส่วนของคุณสมบัติที่กว้างขวางสองอย่างของวัตถุหรือระบบเดียวกันคือคุณสมบัติที่เข้มข้น ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนของมวลและปริมาตรของวัตถุ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่กว้างขวางสองอย่าง คือความหนาแน่น ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เข้มข้น^{[ 10 ]}

โดยทั่วไปแล้ว คุณสมบัติต่างๆ สามารถนำมารวมกันเพื่อให้ได้คุณสมบัติใหม่ ซึ่งอาจเรียกว่าคุณสมบัติที่ได้มาหรือคุณสมบัติเชิงประกอบ ตัวอย่างเช่น ปริมาณพื้นฐาน^{[ 11 ]}มวลและปริมาตรสามารถรวมกันเพื่อให้ได้ปริมาณที่ได้มา^{[ 12 ]}ความหนาแน่น คุณสมบัติเชิงประกอบเหล่านี้บางครั้งอาจจัดประเภทเป็นแบบเข้มข้นหรือแบบกว้างขวาง สมมติว่าคุณสมบัติเชิงประกอบ${\displaystyle F}$เป็นฟังก์ชันของชุดคุณสมบัติเชิงเข้มข้น${\displaystyle \{a_{i}\}}$และทรัพย์สินมากมาย หลายประเภท${\displaystyle \{A_{j}\}}$ซึ่งสามารถแสดงได้ดังนี้${\displaystyle F(\{a_{i}\},\{A_{j}\})}$ถ้าขนาดของระบบเปลี่ยนแปลงไปตามปัจจัยการปรับขนาดบางอย่าง${\displaystyle \lambda }$เฉพาะคุณสมบัติเชิงปริมาณเท่านั้นที่จะเปลี่ยนแปลง เนื่องจากคุณสมบัติเชิงความเข้มข้นไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ ดังนั้น ระบบที่ปรับขนาดแล้วจึงสามารถแสดงได้ดังนี้${\displaystyle F(\{a_{i}\},\{\lambda A_{j}\})}$⁠ .

คุณสมบัติเชิงความเข้มข้นไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของระบบ ดังนั้นคุณสมบัติ F จึงเป็นคุณสมบัติเชิงความเข้มข้นก็ต่อเมื่อสำหรับทุกค่าของตัวประกอบการปรับขนาด⁠${\displaystyle \lambda }$⁠ , $${\displaystyle F(\{a_{i}\},\{\lambda A_{j}\})=F(\{a_{i}\},\{A_{j}\}).}$$ (นี่เทียบเท่ากับการกล่าวว่าคุณสมบัติเชิงประกอบแบบเข้มข้นเป็นฟังก์ชันเอกพันธุ์ระดับ 0 เมื่อเทียบกับ⁠)${\displaystyle \{A_{j}\}}$. )

ดังนั้น อัตราส่วน ของสมบัติแบบปริมาณสองอย่างจึงเป็นสมบัติแบบความเข้มข้น เพื่อเป็นการยกตัวอย่างลองพิจารณาระบบที่มีมวลค่าหนึ่ง⁠${\displaystyle m}$และปริมาตร​${\displaystyle V}$ความหนาแน่น${\displaystyle \rho }$เท่ากับมวล (เชิงปริมาณ) หารด้วยปริมาตร (เชิงปริมาณ): ⁠${\displaystyle \textstyle \rho ={\frac {m}{V}}}$หากระบบถูกปรับขนาดด้วยตัวประกอบ${\displaystyle \lambda }$จาก นั้นมวลและปริมาตรจะกลายเป็น${\displaystyle \lambda m}$และ​${\displaystyle \lambda V}$และความหนาแน่นจะกลายเป็น${\displaystyle \textstyle \rho ={\frac {\lambda m}{\lambda V}}}$;ทั้งสอง${\displaystyle \lambda }$sตัดกัน ดังนั้นจึงสามารถเขียนทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้${\displaystyle \rho (\lambda m,\lambda V)=\rho (m,V)}$ซึ่งคล้ายคลึงกับสมการสำหรับ${\displaystyle F}$ข้างบน.

ทรัพย์สิน${\displaystyle F}$ถือเป็นที่ดินผืนใหญ่หากพิจารณาจากทุกสิ่งทุกอย่าง${\displaystyle \lambda }$⁠ , $${\displaystyle F(\{a_{i}\},\{\lambda A_{j}\})=\lambda F(\{a_{i}\},\{A_{j}\}).}$$ (นี่เทียบเท่ากับการกล่าวว่าคุณสมบัติเชิงประกอบแบบกว้างขวางเป็นฟังก์ชันเอกพันธุ์ระดับ 1 เมื่อเทียบกับ⁠)${\displaystyle \{A_{j}\}}$(จากทฤษฎีบทฟังก์ชันเอกพันธุ์ของออยเลอร์ สรุปได้ ว่า $${\displaystyle F(\{a_{i}\},\{A_{j}\})=\sum _{j}A_{j}\left({\frac {\partial F}{\partial A_{j}}}\right),}$$ โดยที่อนุพันธ์ย่อยถูกหาโดยที่พารามิเตอร์ทั้งหมดคงที่ ยกเว้น⁠${\displaystyle A_{j}}$[ 13 ^]สมการสุดท้ายนี้สามารถใช้เพื่อหาความสัมพันธ์ทางเทอร์โม^{ไดนามิกได้}

สุเรช. "อะไรคือความแตกต่างระหว่างสมบัติแบบเข้มข้นและแบบกว้างขวางในอุณหพลศาสตร์?" . Callinterview.com . สืบค้นเมื่อ7 เมษายน 2567 .