Was bedeutet Enthalpie?

Standarddefinition: Die Enthalpie ist eine Energiemessung in einem thermodynamischen System. Dies ist die thermodynamische Größe, die der inneren Energie des Systems zuzüglich des Produkts aus Druck und Volumen entspricht.

$ H = U + PV $

Kurz gesagt, Der $ U $ -Term kann als die Energie interpretiert werden, die zum Erstellen des Systems erforderlich ist, und der $ PV $ -Term als die Energie, die erforderlich wäre, um Platz für das System zu schaffen, wenn Der Druck der Umgebung blieb konstant.

Wenn ein System beispielsweise $ n $ Mol eines Gases mit einem Volumen von $ V $ Wenn der Druck $ P $ und die Temperatur $ T $ vom absoluten Nullpunkt erzeugt oder in den gegenwärtigen Zustand gebracht werden, muss Energie in Höhe ihrer inneren Energie $ U $ plus $ PV $ zugeführt werden, wobei $ PV $ die beim Schieben geleistete Arbeit ist gegen den Umgebungsdruck (atmosphärischen Druck).

Weitere Informationen zur Enthalpie:

1) Die Gesamtenthalpie H eines Systems kann nicht direkt gemessen werden. Die Enthalpie selbst ist ein thermodynamisches Potential. Um die Enthalpie eines Systems zu messen, müssen wir uns auf einen definierten Bezugspunkt beziehen. Daher messen wir die Änderung der Enthalpie $ \ Delta H $.

2) In der Grundlagenphysik und der statistischen Mechanik kann es interessanter sein, die inneren Eigenschaften des Systems zu untersuchen und daher die innere Energie zu nutzen. In der Grundchemie werden Experimente jedoch häufig bei konstantem atmosphärischem Druck durchgeführt, und die Druck-Volumen-Arbeit stellt einen Energieaustausch mit der Atmosphäre dar, auf den nicht zugegriffen oder der nicht kontrolliert werden kann, so dass $ \ Delta H $ der Ausdruck ist, der für die Reaktionswärme gewählt wird

3) Es muss Energie zugeführt werden, um Partikel aus dem zu entfernen Umgebung, um Platz für die Schaffung des Systems zu schaffen, unter der Annahme, dass der Druck $ P $ konstant bleibt; Dies ist der Begriff $ PV $. Die zugeführte Energie muss auch die Änderung der inneren Energie $ U $ liefern, die Aktivierungsenergien, Ionisierungsenergien, Mischenergien, Verdampfungsenergien, chemische Bindungsenergien usw. umfasst.

Zusammen bilden diese die Änderung der Enthalpie $ U + PV $. Bei Systemen mit konstantem Druck, bei denen keine andere externe Arbeit als die $ PV $ -Arbeit ausgeführt wird, ist die Enthalpieänderung die vom System empfangene Wärme.

Bei einem einfachen System mit einer konstanten Anzahl von Partikeln ist Der Unterschied in der Enthalpie ist die maximale Menge an Wärmeenergie, die aus einem thermodynamischen Prozess abgeleitet werden kann, bei dem der Druck konstant gehalten wird.

(Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy )

OP-Frage –

Was bedeutet „Platz schaffen“? –

Zum Beispiel sitzen Sie auf einem Stuhl. Dann stehen Sie auf und strecken Ihre Arme. Dabei verdrängen Sie etwas Luft, um Platz für sich selbst zu schaffen. Ebenso verdrängt ein Gas andere Gase oder andere Um es verständlicher zu machen, stellen Sie sich vor, Sie befinden sich in einer Kiste, die gerade groß genug ist, um Sie aufzunehmen. Versuchen Sie nun, Ihre Arme zu strecken. Sie müssen sicherlich viel Arbeit leisten, um Ihre Arme vollständig zu strecken. Luft ist genau wie th ist Box, außer im Falle von Luft müssen Sie vernachlässigbare Arbeit leisten, um Platz für sich selbst zu schaffen.

Kommentare

• Die Enthalpie wird nicht nur für Laborexperimente verwendet . Es wird in der gesamten chemischen Prozessindustrie verwendet, um die Temperaturänderungen und den Energiebedarf von Geräten für die kontinuierliche Verarbeitung in großem Maßstab zu quantifizieren.
• Sehr schöne Erklärung (+1)
• @EricDuminil: Falsch. Wärmeänderung ist eine Prozessgröße.Wärme ist nicht messbar und kann daher keine Menge sein.
• @EricTowers: Sie ‚ verbreiten Fehlinformationen. Ich ‚ sage es noch einmal: Wärme ist eine Prozessgröße (ein anderer Begriff ist Prozessfunktion). ‚ ist einfach die Energiemenge, die aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen den Körpern von einem Körper zum anderen fließt. Es ist sicherlich eine Größe, aber ‚ ist für einen Prozess und nicht für einen Körper definiert. “ Wärmeänderung “ kann nicht definiert werden. Sie können die während eines Prozesses übertragene Wärmemenge berechnen, indem Sie jedoch die Temperaturänderung eines der beiden Körper berechnen. Es macht mich traurig, dass Ihr Kommentar positiv bewertet wurde, weil beide Sätze völlig falsch sind.
• Wenn ich einen isolierten Behälter habe, der einen anderen Druck als die Außenseite hat, was ist dann $ P $ in der Enthalpie des Gases innerhalb der Container? Wenn ‚ der Druck der Umgebung ‚ ist, warum ist das für das geschlossene System wichtig? Wie funktioniert diese Umgebungserklärung, wenn ‚ der Druck im Behälter ist?

Eine brillante Analogie von Daniel Schroeder :

• Um ein Kaninchen zu beschwören, muss der Magier es mit der ganzen Energie „bauen“ es besteht aus. Er muss seine interne Energie $ U $ bereitstellen.

• Aber zuerst muss er die ganze Luft wegschieben, die im Weg ist. Dies erfordert einige Arbeit $ W = pV $ . Insgesamt muss er $ U + pV $ ausgeben. Nennen wir die Enthalpie $ H $ .

$$ H = U + pV $$

• Aber die Umgebung könnte Helfen Sie ihm ein bisschen. Die warme Luft könnte etwas Energie liefern, während er an der Beschwörung arbeitet, indem sie Wärme hinzufügt. $ Q = TS $ . Die einzige Energie, die er tatsächlich hat muss sich also ausgeben ist $ U + pV-TS $ . Nennen wir dies die freie Energie , die benötigt wird, oder Gibbs freie Energie $ G $ .

$$ G = H-TS $$

Kommentare

• Daniel Schroeder ‚ s Eine Einführung in die thermische Physik ist die beste!
• @Steeven Dies war die beste Analogie, die ich jemals über Gibbs Energie oder Enthalpie gelesen habe. Wenn ich der Fragesteller wäre, würde ich dies als meine bevorzugte Antwort markieren. Sie haben meinen Tag

Enthalpie erklärt die Energie, die mit dem Massenfluss in / aus einem offenen verbunden ist thermodynamisches System.

Die spezifische Enthalpie h (Enthalpie pro Masseneinheit) ist h = u + pv, wobei u die spezifische innere Energie, p der Druck und v das spezifische Volumen ist. In der Energiebilanz für das offene System wird die Energie, die durch den Massenstrom dem System hinzugefügt / daraus entnommen wird, unter Berücksichtigung der Enthalpie in / aus dem System berücksichtigt. Der pv-Term wird aus einem im Raum festgelegten Eulerschen Standpunkt als Strömungsenergie bezeichnet, wie er für ein offenes thermodynamisches System verwendet wird. (Aus Lagrange-Sicht wird das Folgen einer festen Masse pv als Strömungsarbeit bezeichnet.)

Im Allgemeinen ist die mit dem Massenstrom verbundene spezifische Energie h + V2 / 2 + gZ, wobei V die Geschwindigkeit g die Beschleunigung ist der Schwerkraft und Z ist die Höhe. Dies berücksichtigt die kinetische und potentielle Energie pro Masseneinheit für die Masse, die zusätzlich zur Enthalpie in ein offenes thermodynamisches System hinein- und aus diesem herausströmt.

Für ein geschlossenes thermodynamisches System (kein Massenstrom hinein / heraus) ist die Enthalpie verbunden mit einem Prozess mit konstantem Druck.

Für ein geschlossenes System Q – W = ΔU, wobei Q die dem System zugeführte Wärme ist, ist W die vom System geleistete Arbeit und ΔU die Änderung der inneren Energie U, vom System. Für den Fall, dass bei konstantem Druck langsam Wärme zugeführt wird, beträgt die vom System geleistete Arbeit pΔV und für konstanten Druck Δ (pV). Daher ist Q = ΔH. H ist die Enthalpie des Systems gleich U + pV, wobei p der Druck und V das Volumen ist. ΔH ist die Änderung der Enthalpie des geschlossenen Systems.

Ich schlage vor, Sie konsultieren einen guten Text zur Thermodynamik, wie einen von Sonntag und Van Wylen.

Für mich ist das, was Ihr Professor sagt, sinnvoll und sehr einfach, der Hauptpunkt.

Ich verstehe Ihre Gleichung nicht wirklich (und aufgrund dessen kann meine Antwort Ihre Frage möglicherweise nicht entsprechend Ihrer Erwartung einer Antwort „befriedigen“). Wie auch immer, hören Sie mich bitte an.

Enthalpie ist eigentlich „Energiegehalt“.Aber Sie sehen, die Sache ist, „Energie“ (Fähigkeit zu arbeiten) ist ein Begriff, der zu abstrakt ist, wir können nicht darauf hinweisen, was eigentlich eine Energie ist. Stattdessen beschreiben Wissenschaftler es mit „Annahmen“, um den Mechanismus der Energie aufzuzeigen. Eine dieser Annahmen ist das Phänomen der Wärme.

Wärme ist etwas, das wir fühlen können, und Wissenschaftler glauben, dass Wärme eine „Form“ von Energie ist, also verwenden sie Wärme, um Energie darzustellen, wie sie „messen“ können. Wärme durch Beobachtung der Temperaturänderung eines Objekts.

Derzeit ist mein Bildungsniveau voruniversitär, und aus diesem Grund wurde mir gesagt, ich solle „annehmen“, dass es unmöglich ist, die Energie zu finden Inhalt eines „Dings“ (messen Sie die Wärmemenge, die es trägt), aber ich persönlich glaube, dass es nur unter „strengen Bedingungen“ möglich ist und es sehr schwierig wäre, dies zu tun. Deshalb ist die allgemeine Regel eine solche Annahme.

Da die allgemeine Regel lautet: „Die genaue Enthalpie (Energiegehalt) eines Objekts ist unbekannt“, können wir den Energiegehalt eines Objekts nicht finden. Wenn jedoch ein Objekt eine bestimmte Änderung erfährt, z Zum Beispiel wird die Umdrehung eines Motors höher, wenn man sich anfänglich langsam dreht. Wir können die Wärme vergleichen, die sowohl von der anfänglichen als auch von der endgültigen Umdrehungsgeschwindigkeit erzeugt wird kann die Enthalpieänderung ableiten, die die Änderung des Energiegehalts (oder das Ausmaß der Wärmeänderung) ist.

Es ist möglich, die Änderung der Enthalpie (Änderung des Energiegehalts oder Menge der Wärmeänderung) zu ermitteln, wenn andere „Variablen“ wie die spezifische Wärmekapazität, die Dichte des Wassers (die Menge von $ \ rm H_2O $ vorhanden sind) vorhanden sind in einem bestimmten Volumen) und der Druck bleiben konstant.

Ich denke, das ist genug, da Sie nur fragen, was Enthalpie ist und was Enthalpieänderung ist. Eine weitere Sache ist, dass $ H $ das Symbol für den Wärmeinhalt und $ \ Delta H $ das Symbol für das Ausmaß der Wärmeänderung ist.

Zu beachtende Punkte:

• Enthalpie ist Energiegehalt

• Energie ist ein vages Konzept

• Wärme wird zur Darstellung von Energie

• Enthalpie ist also der Wärmegehalt

• Wir können nicht genau bestimmen, wie viel Energie / Wärmegehalt (Enthalpie, $ H $) genau enthalten ist eine Sache

• Aber wir können die Energieänderung / den Wärmegehalt (Enthalpieänderung, $ \ Delta H $) messen, die entweder erhöht oder verringert wird

P / s: Für mich ist die Idee der Enthalpie etwas chaotisch, insbesondere was die Art und Weise betrifft, wie Menschen die Idee mit ihrem sogenannten „hoch entwickelten“ Wort erklären.

Kommentare

• Sie scheinen fast zu implizieren, dass innere Energie und Enthalpie dasselbe sind.
• Entschuldigung, aber Energie ist kein vages Konzept. Es verfügt über präzise Formeln, die theoretische Berechnungen und präzise Messmethoden ermöglichen.
• Außerdem ist die gesamte Physik “ zu abstrakt „. Ich bin ‚ nicht sicher, ob dies die Physik “ vage “ macht.
• Ein weiterer Kommentar: Sie können ‚ keine Hitze spüren. Sie können einen Temperaturunterschied zwischen Ihrer Haut und der Umgebung spüren, der NICHT Wärme ist.