Co oznacza entalpia?

Standardowa definicja: Entalpia to pomiar energii w układzie termodynamicznym. Jest to wielkość termodynamiczna równoważna energii wewnętrznej systemu plus iloczyn ciśnienia i objętości.

$ H = U + PV $

Krótko mówiąc, Wyrażenie $ U $ można interpretować jako energię potrzebną do stworzenia systemu, a człon $ PV $ jako energię, która byłaby wymagana do „zrobienia miejsca” dla systemu, gdyby ciśnienie otoczenia pozostawało stałe.

Gdy system, na przykład, $ n $ moli gazu o objętości $ V $ przy ciśnieniu $ P $ i temperaturze $ T $ jest tworzony lub doprowadzany do obecnego stanu z zera absolutnego, energia musi być równa jej energii wewnętrznej $ U $ plus $ PV $, gdzie $ PV $ jest pracą wykonaną w pchaniu przeciw ciśnieniu otoczenia (atmosferycznego).

Więcej o entalpii:

1) Całkowita entalpia H systemu nie może być mierzone bezpośrednio. Sama entalpia jest potencjałem termodynamicznym, więc aby zmierzyć entalpię układu, musimy odwołać się do określonego punktu odniesienia; dlatego mierzymy zmianę entalpii, $ \ Delta H $.

2) W podstawach fizyki i mechaniki statystycznej bardziej interesujące może być zbadanie wewnętrznych właściwości układu, a zatem wykorzystywana jest energia wewnętrzna. Ale w chemii podstawowej eksperymenty są często przeprowadzane przy stałym ciśnieniu atmosferycznym, a praca ciśnieniowo-objętościowa reprezentuje wymianę energii z atmosferą, do której nie można uzyskać dostępu lub której nie można kontrolować, tak że $ \ Delta H $ jest wyrażeniem wybranym dla ciepła reakcji .

3) Należy dostarczyć energię, aby usunąć cząsteczki z otoczenie, aby zrobić miejsce na stworzenie systemu, przy założeniu, że ciśnienie $ P $ pozostaje stałe; to jest termin $ PV $. Dostarczona energia musi również zapewnić zmianę energii wewnętrznej, $ U $, która obejmuje energie aktywacji, energie jonizacji, energie mieszania, energie parowania, energie wiązań chemicznych i tak dalej.

Razem tworzą one zmianę entalpii $ U + PV $. W przypadku systemów o stałym ciśnieniu, w których nie wykonano żadnej pracy zewnętrznej poza pracą $ PV $, zmiana entalpii to ciepło odbierane przez system.

W przypadku prostego systemu ze stałą liczbą cząstek, różnica entalpii to maksymalna ilość energii cieplnej pochodzącej z procesu termodynamicznego, w którym ciśnienie jest utrzymywane na stałym poziomie.

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

Pytanie OP –

Co oznacza „zrobić miejsce”? –

Na przykład siedzisz na krześle. Następnie wstajesz i wyciągasz ramiona. Robiąc to, usuwasz trochę powietrza, aby zrobić sobie miejsce. Podobnie gaz wykonuje część pracy, aby wypierać inne gazy lub inne przymus, aby zrobić miejsce dla siebie. Aby uczynić to bardziej zrozumiałym, wyobraź sobie siebie zamkniętego w pudełku wystarczająco dużym, aby cię pomieścić. Teraz, próbując rozciągnąć ramiona. Z pewnością będziesz musiał wykonać dużo pracy, aby całkowicie je rozciągnąć. Powietrze jest jak th jest pudełkiem, chyba że w przypadku powietrza musisz wykonać znikomą pracę, aby zrobić sobie miejsce.

Komentarze

• Entalpia jest wykorzystywana nie tylko do eksperymentów laboratoryjnych . Jest używany w przemyśle chemicznym do ilościowego określania zmian temperatury i zapotrzebowania na energię urządzeń do ciągłego przetwarzania na dużą skalę.
• Bardzo ładne wyjaśnienie (+1)
• @EricDuminil: Niepoprawne. Zmiana ciepła jest wielkością procesu.Ciepło jest niemierzalne, więc nie może to być żadna ilość.
• @EricTowers: ' ponownie rozpowszechniasz dezinformację. I ' powiem to jeszcze raz: ciepło jest wielkością procesu (innym terminem jest funkcja procesu). To ' to po prostu ilość energii przepływającej z jednego ciała do drugiego z powodu różnicy temperatur między ciałami. Z pewnością jest to ilość, ale ' jest zdefiniowana dla procesu, a nie dla treści. ” Zmiany ciepła ” nie można zdefiniować. Możesz jednak obliczyć ilość ciepła przenoszonego podczas procesu, obliczając zmianę temperatury jednego z dwóch ciał. Smutno mi, że Twój komentarz został pozytywnie rozpatrzony, ponieważ oba zdania są całkowicie błędne.
• Jeśli mam izolowany pojemnik o innym ciśnieniu niż na zewnątrz, to ile wynosi $ P $ w entalpii gazu wewnątrz pojemnik? Jeśli ' jest presją środowiska ', dlaczego ma to znaczenie dla systemu zamkniętego? Jeśli ' to ciśnienie wewnątrz pojemnika, jak działa to wyjaśnienie dotyczące środowiska?

Genialna analogia autorstwa Daniela Schroedera :

• Aby przywołać królika, mag musi „zbudować” go całą energią Składa się ona z. Musi dostarczyć energię wewnętrzną $ U $ .

• Ale najpierw musi odepchnąć całe powietrze, które mu przeszkadza. Wymaga to trochę pracy $ W = pV $ . W sumie energia, którą musi wydać, wynosi $ U + pV $ . Nazwijmy to enthalpy $ H $ .

$$ H = U + pV $$

• Ale otoczenie może trochę mu pomóc. Ciepłe powietrze może dostarczyć trochę energii, gdy pracuje nad przywołaniem, dodając ciepło $ Q = TS $ . Jedyna energia, którą tak naprawdę musi więc wydać siebie $ U + pV-TS $ . Nazwijmy to potrzebną darmową energią lub Darmowa energia Gibbsa $ G $ .

$$ G = H-TS $$

Komentarze

• Daniel Schroeder ' s Wprowadzenie do fizyki termicznej jest najlepsze!
• @Steeven to była najlepsza analogia, jaką kiedykolwiek czytałem o energii lub entalpii Gibbsa. Gdybym był pytającym, zaznaczyłbym tę odpowiedź jako preferowaną. Zrobiłeś mój dzień

Entalpia uwzględnia energię związaną z przepływem masy do / z otwartej przestrzeni system termodynamiczny.

Specyficzna entalpia h (entalpia na jednostkę masy) wynosi h = u + pv, gdzie u jest właściwą energią wewnętrzną, p jest ciśnieniem, a v jest objętością właściwą. W bilansie energetycznym systemu otwartego energia dodana do / usunięta z systemu przez przepływ masowy jest uwzględniana przy uwzględnieniu entalpii wchodzącej / wychodzącej z systemu. Termin pv nazywany jest energią przepływu z Eulerowskiego punktu widzenia – ustaloną w przestrzeni – tak jak jest to używane w otwartym systemie termodynamicznym. (Z punktu widzenia Lagrangea – podążanie za ustaloną masą – pv nazywa się pracą z przepływem.)

Ogólnie energia właściwa związana z przepływem masowym wynosi h + V2 / 2 + gZ, gdzie V jest prędkością g jest przyspieszeniem grawitacji, a Z to wzniesienie. Uwzględnia energię kinetyczną i potencjalną na jednostkę masy dla masy wpływającej do / z otwartego układu termodynamicznego oprócz entalpii.

Dla zamkniętego układu termodynamicznego (bez przepływu masowego do / z) entalpia wynosi związane z procesem stałego ciśnienia.

Dla systemu zamkniętego Q − W = ΔU, gdzie Q jest ciepłem dodanym do systemu, W jest pracą wykonywaną przez system, a ΔU jest zmianą energii wewnętrznej, U, systemu. W przypadku powolnego dodawania ciepła przy stałym ciśnieniu praca wykonywana przez system wynosi pΔV, a dla stałego ciśnienia Δ (pV). Dlatego Q = ΔH. H to entalpia układu równa U + pV, gdzie p to ciśnienie, a V to objętość. ΔH jest zmianą entalpii układu zamkniętego.

Proponuję zapoznać się z dobrym tekstem na temat termodynamiki, takim jak Sonntag i Van Wylen.

Myślę, że to, co mówi twój profesor, ma sens i jest bardzo proste.

Tak naprawdę nie rozumiem twojego równania (iz tego powodu moja odpowiedź może nie być w stanie „zaspokoić” twojego pytania zgodnie z twoimi oczekiwaniami odpowiedzi). W każdym razie, wysłuchaj mnie.

Entalpia to w rzeczywistości „zawartość energii”.Ale widzicie, chodzi o to, że „energia” (zdolność do pracy) to termin, który jest zbyt abstrakcyjny, nie możemy wskazać, czym właściwie jest energia. Zamiast tego naukowcy opisują to za pomocą „założeń”, aby pokazać mechanizm energii. Jednym z tych założeń jest zjawisko ciepła.

Ciepło to coś, co możemy poczuć, a naukowcy uważają, że ciepło jest „formą” energii, więc używają ciepła do reprezentowania energii, którą mogą „mierzyć” ciepła poprzez obserwację zmiany temperatury obiektu.

Obecnie mam wykształcenie na poziomie przedszkolnym i dlatego „powiedziano mi, żebym„ zakładał ”, że nie da się znaleźć energii treści „rzeczy” (mierzyć ilość ciepła, które niesie), ale osobiście uważam, że jest to możliwe tylko w „ścisłym środowisku” i byłoby to bardzo trudne. Dlatego ogólna zasada jest taka z założenia.

Ponieważ ogólna zasada mówi, że „dokładna entalpia (zawartość energii) rzeczy jest nieznana”, nie możemy znaleźć zawartości energetycznej rzeczy. Jeśli jednak obiekt doświadcza pewnej zmiany, Na przykład, obroty silnika stają się wyższe od początkowych wolnych obrotów, możemy porównać ciepło wytworzone zarówno z początkowej, jak i końcowej prędkości obrotowej, więc możemy może wydedukować zmianę entalpii, która jest zmianą zawartości energii (lub wielkości zmiany ciepła).

Można znaleźć zmianę entalpii (zmiana zawartości energii lub wielkość zmiany ciepła), jeśli inne „zmienne”, takie jak pojemność cieplna właściwa, gęstość wody (ilość $ \ rm H_2O $ obecna w określonej objętości) i ciśnienie pozostają stałe.

Myślę, że to wystarczy, ponieważ pytasz tylko, co to jest entalpia, a co jest zmianą entalpii. Jeszcze jedno, $ H $ to symbol zawartości ciepła, a $ \ Delta H $ to symbol ilości zmian ciepła.

Uwagi do zapamiętania:

• Entalpia to zawartość energii

• Energia to niejasne pojęcie

• Ciepło reprezentuje energię

• Zatem entalpia to zawartość ciepła

• Nie możemy określić, jaka jest dokładna ilość energii / ciepła (entalpia, $ H $) w rzecz

• Ale możemy zmierzyć zmianę energii / zawartość ciepła (zmiana entalpii, $ \ Delta H $), która jest zwiększana lub zmniejszana

P / s: Dla mnie idea entalpii jest trochę chaotyczna, zwłaszcza jeśli chodzi o sposób, w jaki ludzie wyjaśniają ten pomysł za pomocą tak zwanego „wyrafinowanego” słowa.

Komentarze

• Wydaje się, że prawie sugerujesz, że energia wewnętrzna i entalpia to to samo.
• Przepraszamy, ale energia nie jest niejasnym pojęciem. Zawiera precyzyjne wzory, które pozwalają na obliczenia teoretyczne i precyzyjne sposoby ich pomiaru.
• Poza tym cała fizyka jest ” zbyt abstrakcyjna „. Nie ' nie jestem pewien, czy to sprawia, że fizyka ” jest niejasna „.
• Kolejny komentarz: ' nie czujesz ciepła. Możesz poczuć różnicę temperatur między skórą a otoczeniem, która NIE jest ciepłem.