Wat betekent enthalpie?

Standaard definitie: Enthalpie is een meting van energie in een thermodynamisch systeem. Het is de thermodynamische grootheid die overeenkomt met de interne energie van het systeem plus het product van druk en volume.

$ H = U + PV $

In een notendop, De $ U $ -term kan worden geïnterpreteerd als de energie die nodig is om het systeem te maken, en de $ PV $ -term als de energie die nodig zou zijn om ruimte te maken voor het systeem als de druk van de omgeving bleef constant.

Wanneer een systeem bijvoorbeeld $ n $ mol gas met een volume $ V $ bij druk $ P $ en temperatuur $ T $, wordt gecreëerd of naar zijn huidige staat gebracht vanuit het absolute nulpunt, moet energie worden geleverd gelijk aan zijn interne energie $ U $ plus $ PV $, waarbij $ PV $ het werk is dat wordt gedaan bij het duwen tegen de omgevingsdruk (atmosferische druk).

Meer over enthalpie:

1) De totale enthalpie, H, van een systeem kan niet direct worden gemeten. Enthalpie zelf is een thermodynamisch potentieel, dus om de enthalpie van een systeem te meten, moeten we naar een gedefinieerd referentiepunt verwijzen; daarom meten we de verandering in enthalpie, $ \ Delta H $.

2) In de basisfysica en statistische mechanica kan het interessanter zijn om de interne eigenschappen van het systeem te bestuderen en daarom wordt de interne energie gebruikt. Maar in de basischemie worden experimenten vaak uitgevoerd bij constante atmosferische druk, en het druk-volume-werk vertegenwoordigt een energie-uitwisseling met de atmosfeer die niet toegankelijk of gecontroleerd kan worden, zodat $ \ Delta H $ de uitdrukking is die wordt gekozen voor de reactiewarmte. .

3) Er moet energie worden geleverd om deeltjes uit de omgeving om ruimte te maken voor het creëren van het systeem, ervan uitgaande dat de druk $ P $ constant blijft; dit is de $ PV $ term. De geleverde energie moet ook zorgen voor de verandering in interne energie, $ U $, die activeringsenergieën, ionisatie-energieën, mengende energieën, verdampingsenergieën, chemische bindingsenergieën, enzovoort omvat.

Samen vormen deze de verandering in de enthalpie $ U + PV $. Voor systemen met constante druk, waarbij geen ander extern werk wordt gedaan dan het $ PV $ -werk, is de verandering in enthalpie de warmte die door het systeem wordt ontvangen.

Voor een eenvoudig systeem, met een constant aantal deeltjes, het verschil in enthalpie is de maximale hoeveelheid thermische energie die kan worden afgeleid uit een thermodynamisch proces waarin de druk constant wordt gehouden.

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

OPs vraag-

Wat betekent “ruimte maken”? –

Je zit bijvoorbeeld op een stoel. Dan sta je op en strek je je armen. Door dit te doen, verplaats je wat lucht om plaats te maken voor jezelf. Op dezelfde manier doet een gas wat werk om andere gassen of andere gassen te verplaatsen. beperking om ruimte voor zichzelf te maken. Om het begrijpelijker te maken, stel je voor dat je in een doos zit die net groot genoeg is om je te bevatten. Probeer nu je armen te strekken. Je zult zeker veel werk moeten doen om je armen volledig te strekken. Lucht is net als th is een doos, behalve in het geval van lucht moet je verwaarloosbaar werk doen om ruimte voor jezelf te maken.

Opmerkingen

• Enthalpie wordt niet alleen gebruikt voor laboratoriumexperimenten . Het wordt in de chemische procesindustrieën gebruikt om de temperatuurveranderingen en energiebehoeften van grootschalige continue verwerkingsapparatuur te kwantificeren.
• Zeer mooie uitleg (+1)
• @EricDuminil: onjuist. Verandering in warmte is een procesgrootheid.Warmte is onmeetbaar, dus kan geen enkele soort zijn.
• @EricTowers: Je ‘ verspreidt verkeerde informatie. Ik ‘ zeg het nog eens: warmte is een procesgrootheid (een andere term is procesfunctie). Het ‘ is gewoon de hoeveelheid energie die van het ene lichaam naar het andere stroomt als gevolg van een temperatuurverschil tussen de lichamen. Het is zeker een hoeveelheid, maar het ‘ is gedefinieerd voor een proces en niet voor een body. ” Verandering in warmte ” kan niet worden gedefinieerd. U kunt de hoeveelheid warmte die tijdens een proces wordt overgedragen, echter berekenen door de temperatuurverandering van een van de twee lichamen te berekenen. Ik vind het jammer dat je opmerking werd overstemd omdat beide zinnen volkomen verkeerd zijn.
• Als ik een geïsoleerde container heb die een andere druk heeft dan de buitenkant, wat is dan $ P $ in de enthalpie van het gas in de container? Als het ‘ de ‘ s druk van de omgeving is, waarom is dat dan van belang voor het gesloten systeem? Als het ‘ de druk in de container is, hoe werkt deze omgevingsverklaring dan?

Een briljante analogie door Daniel Schroeder :

• Om een konijn op te roepen, moet de goochelaar het met alle energie “bouwen” het bestaat uit. Hij moet zijn interne energie $ U $ verstrekken.

• Maar eerst moet hij alle lucht wegduwen die in de weg zit. Dit vereist wat werk $ W = pV $ . In totaal is de energie die hij moet besteden $ U + pV $ . Laten we dat enthalpie $ H $ noemen.

$$ H = U + pV $$

• Maar de omgeving kan help hem een beetje. De warme lucht kan wat energie leveren, terwijl hij aan de oproep werkt, door warmte toe te voegen $ Q = TS $ . De enige energie die hij eigenlijk zichzelf moet uitgeven is daarom $ U + pV-TS $ . Laten we dit de gratis energie noemen die nodig is, of Gibbs gratis energie $ G $ .

$$ G = H-TS $$

Reacties

• Daniel Schroeder ‘ s Een inleiding tot thermische fysica is de beste!
• @Steeven dit was de beste analogie die ik ooit heb gelezen over Gibbs-energie of enthalpie. Als ik de vraagsteller was, zou ik dit als mijn voorkeursantwoord markeren. Je hebt mijn dag gemaakt

Enthalpie verklaart de energie die geassocieerd wordt met massastroom in / uit een open thermodynamisch systeem.

De specifieke enthalpie h (enthalpie per massa-eenheid) is h = u + pv waarbij u specifieke interne energie is, p is druk en v is specifiek volume. In de energiebalans voor het open systeem wordt de energie die door massastroom aan het systeem wordt toegevoegd / verwijderd, verantwoord rekening houdend met de enthalpie in / uit het systeem. De pv-term wordt stromingsenergie genoemd vanuit een Euleriaans gezichtspunt – gefixeerd in de ruimte – zoals wordt gebruikt voor een open thermodynamisch systeem. (Vanuit een Lagrangiaans gezichtspunt – het volgen van een vaste massa – wordt pv stromingswerk genoemd.)

In het algemeen is de specifieke energie die geassocieerd is met massastroom h + V2 / 2 + gZ, waarbij V de snelheid is, g is de versnelling van de zwaartekracht, en Z is hoogte. Dit houdt rekening met de kinetische en potentiële energie per massa-eenheid voor massa die in / uit een open thermodynamisch systeem stroomt naast de enthalpie.

Voor een gesloten thermodynamisch systeem (geen massastroom in / uit) is enthalpie geassocieerd met een constant drukproces.

Voor een gesloten systeem Q − W = ΔU waar Q warmte is die aan het systeem wordt toegevoegd, W is werk dat door het systeem wordt gedaan en ΔU is verandering in interne energie, U, van het systeem. Voor het geval waar warmte langzaam wordt toegevoegd bij constante druk, is het werk dat door het systeem wordt gedaan pΔV en voor constante druk is dit Δ (pV). Daarom is Q = ΔH. H is de enthalpie van het systeem gelijk aan U + pV waarbij p de druk is en V het volume. ΔH is de verandering in de enthalpie van het gesloten systeem.

Ik raad u aan een goede tekst over thermodynamica te raadplegen, zoals die van Sonntag en Van Wylen.

Voor mij denk ik dat wat je professor zegt, logisch en heel simpel is, het belangrijkste punt.

Ik begrijp je vergelijking niet echt (en daardoor zal mijn antwoord uw vraag misschien niet “bevredigen” in overeenstemming met uw verwachting van antwoord). Hoe dan ook, luister alsjeblieft naar me.

Enthalpie is eigenlijk “energie-inhoud”.Maar zie je, het punt is, “energie” (vermogen om te werken) is een term die te abstract is, we kunnen niet aangeven wat eigenlijk een energie is. In plaats daarvan beschrijven wetenschappers het met “aannames” om het mechanisme van energie te laten zien. Een van die veronderstellingen is de verschijnselen van warmte.

Warmte is iets dat we kunnen voelen en wetenschappers geloven dat warmte een “vorm” van energie is, dus gebruiken ze warmte om energie voor te stellen zoals ze kunnen “meten” warmte door de temperatuurverandering van een object te observeren.

Momenteel is mijn opleidingsniveau pre-universitair en daarom is mij “verteld” aan te nemen dat het onmogelijk is om de energie te vinden inhoud van een ding (meet de hoeveelheid warmte die het draagt), maar ik geloof persoonlijk dat het alleen mogelijk is onder strikte omstandigheden en het zou heel moeilijk zijn om dat te doen. Daarom is de algemene regel zon soort aanname.

Aangezien de algemene regel is “de exacte enthalpie (energie-inhoud) van een ding is onbekend”, kunnen we de energie-inhoud van een ding niet vinden. Als een object echter een bepaalde verandering ondergaat, de omwenteling van een motor wordt bijvoorbeeld hoger door aanvankelijk langzaam te draaien, we kunnen de warmte die wordt geproduceerd door zowel de initiële als de uiteindelijke omwentelingssnelheid vergelijken, dus we kan de enthalpie-verandering afleiden die de verandering van de energie-inhoud is (of de hoeveelheid warmteverandering).

Het is mogelijk om de enthalpie-verandering (verandering van energie-inhoud of hoeveelheid verandering van warmte) te vinden als andere “variabelen” zoals specifieke warmtecapaciteit, de dichtheid van water (hoeveelheid $ \ rm H_2O $ aanwezig in een bepaald volume) en de druk blijft constant.

Ik denk dat dit voldoende is, aangezien je alleen vraagt wat enthalpie is en wat enthalpie-verandering is. Nog een ding, $ H $ is het symbool van warmte-inhoud en $ \ Delta H $ is het symbool van de hoeveelheid warmteverandering.

Aandachtspunten:

• Enthalpie is energie-inhoud

• Energie is een vaag begrip

• Warmte wordt gebruikt om energie te vertegenwoordigen

• Enthalpie is dus warmte-inhoud

• We kunnen niet bepalen wat de exacte hoeveelheid energie / warmte-inhoud (enthalpie, $ H $) is in een ding

• Maar we kunnen de energieverandering / warmte-inhoud (enthalpie verandering, $ \ Delta H $) meten die ofwel verhoogd ofwel verlaagd wordt

P / s: Voor mij is het idee van enthalpie nogal rommelig, vooral met de manier waarop mensen het idee uitleggen met behulp van hun zogenaamde “verfijnde” woord.

Opmerkingen

• Je lijkt bijna te suggereren dat interne energie en enthalpie hetzelfde zijn.
• Sorry, maar energie is geen vaag concept. Het heeft precieze formules die theoretische berekeningen en precieze manieren om het te meten mogelijk maken.
• Bovendien is alle natuurkunde ” te abstract “. Ik ben ‘ niet zeker of dat de natuurkunde ” vaag ” maakt.
• Nog een opmerking: je kunt ‘ geen warmte voelen. U kunt een temperatuurverschil voelen tussen uw huid en de omgeving, dat GEEN warmte is.