¿Qué significa Entalpía?

Definición estándar: La entalpía es una medida de energía en un sistema termodinámico. Es la cantidad termodinámica equivalente a la energía interna del sistema más el producto de la presión y el volumen.

$ H = U + PV $

En pocas palabras, El término $ U $ se puede interpretar como la energía requerida para crear el sistema, y el término $ PV $ como la energía que se requeriría para «hacer espacio» para el sistema si la presión del ambiente se mantuvo constante.

Cuando un sistema, por ejemplo, $ n $ moles de un gas de volumen $ V $ a presión $ P $ y temperatura $ T $, se crea o se lleva a su estado actual desde el cero absoluto, la energía debe suministrarse igual a su energía interna $ U $ más $ PV $, donde $ PV $ es el trabajo realizado al empujar contra la presión ambiental (atmosférica).

Más sobre entalpía:

1) La entalpía total, H, de un sistema no puede medirse directamente. La entalpía en sí misma es un potencial termodinámico, por lo que para medir la entalpía de un sistema, debemos referirnos a un punto de referencia definido; por lo tanto, lo que medimos es el cambio de entalpía, $ \ Delta H $.

2) En física básica y mecánica estadística puede ser más interesante estudiar las propiedades internas del sistema y por lo tanto se utiliza la energía interna. Pero en química básica, los experimentos a menudo se realizan a presión atmosférica constante, y el trabajo de presión-volumen representa un intercambio de energía con la atmósfera al que no se puede acceder ni controlar, de modo que $ \ Delta H $ es la expresión elegida para el calor de reacción. .

3) Se debe suministrar energía para eliminar las partículas del entorno para dejar espacio para la creación del sistema, asumiendo que la presión $ P $ permanece constante; este es el término de $ PV $. La energía suministrada también debe proporcionar el cambio en la energía interna, $ U $, que incluye energías de activación, energías de ionización, energías de mezcla, energías de vaporización, energías de enlace químico, etc.

Juntos, estos constituyen el cambio en la entalpía $ U + PV $. Para sistemas a presión constante, sin ningún trabajo externo que no sea el trabajo $ PV $, el cambio en la entalpía es el calor recibido por el sistema.

Para un sistema simple, con un número constante de partículas, la diferencia de entalpía es la cantidad máxima de energía térmica derivada de un proceso termodinámico en el que la presión se mantiene constante.

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

Pregunta de OP-

¿Qué significa «hacer espacio»? –

Por ejemplo, estás sentado en una silla. Luego te levantas y estiras los brazos. Al hacer esto, desplazas algo de aire para hacer espacio para ti. De manera similar, un gas hace algo de trabajo para desplazar otros gases o cualquier otro restricción para hacerse espacio para sí mismo. Para hacerlo más comprensible, imagínese contenido en una caja lo suficientemente grande como para contenerlo. Ahora, intente estirar los brazos. Seguramente tendrá que hacer mucho trabajo para estirar completamente los brazos por completo. El aire es como el es una caja, excepto en caso de aire, debe hacer un trabajo insignificante para hacer espacio para usted.

Comentarios

• La entalpía no solo se usa para experimentos de laboratorio . Se utiliza en todas las industrias de procesos químicos para cuantificar los cambios de temperatura y los requisitos de energía de los equipos de procesamiento continuo a gran escala.
• Muy buena explicación (+1)
• @EricDuminil: Incorrecto. El cambio de calor es una cantidad de proceso.El calor es inconmensurable, por lo que no puede ser ningún tipo de cantidad.
• @EricTowers: Usted ‘ está difundiendo información errónea. Lo ‘ lo diré de nuevo: el calor es una cantidad de proceso (otro término es función de proceso). Es ‘ simplemente la cantidad de energía que fluye de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura entre los cuerpos. Seguramente es una cantidad, pero ‘ se define para un proceso y no para un cuerpo. » No se puede definir el cambio en el calor «. Sin embargo, puede calcular la cantidad de calor transferido durante un proceso calculando el cambio de temperatura de uno de los dos cuerpos. Me entristece que su comentario haya sido votado a favor porque ambas oraciones están completamente equivocadas.
• Si tengo un recipiente aislado que tiene una presión diferente a la del exterior, entonces, ¿cuál es $ P $ en la entalpía del gas dentro del ¿envase? Si ‘ es la presión ‘ del entorno, ¿por qué es importante para el sistema cerrado? Si ‘ es la presión dentro del contenedor, ¿cómo funciona esta explicación del entorno?

Una brillante analogía de Daniel Schroeder :

• Para convocar un conejo, el mago debe «construirlo» con toda la energía consiste en. Debe proporcionar su energía interna $ U $ .

• Pero primero debe apartar todo el aire que estorba. Esto requiere algo de trabajo $ W = pV $ . En total, la energía que debe gastar es $ U + pV $ . Llamemos a eso entalpía $ H $ .

$$ H = U + pV $$

• Pero los alrededores pueden ayudarlo un poco. El aire caliente podría proporcionar algo de energía, mientras él está trabajando en la invocación, agregando calor $ Q = TS $ . La única energía que realmente tiene que gastar él mismo es, por lo tanto, $ U + pV-TS $ . Llamemos a esto la energía libre necesaria, o Energía libre de Gibbs $ G $ .

$$ G = H-TS $$

Comentarios

• Daniel Schroeder ‘ s ¡Una introducción a la física térmica es lo mejor!
• @Steeven, esta fue la mejor analogía que he leído sobre la energía o entalpía de Gibbs. Si yo fuera el interrogador, marcaría esta como mi respuesta preferida. Me alegraste el día

La entalpía explica la energía asociada con el flujo de masa dentro / fuera de un sistema termodinámico.

La entalpía específica h (entalpía por unidad de masa) es h = u + pv donde u es la energía interna específica, p es la presión y v es el volumen específico. En el balance de energía para el sistema abierto, la energía agregada / eliminada del sistema por flujo másico se contabiliza considerando la entalpía dentro / fuera del sistema. El término pv se llama energía de flujo desde un punto de vista euleriano (fijo en el espacio) como se usa para un sistema termodinámico abierto. (Desde un punto de vista lagrangiano, siguiendo una masa fija, pv se llama trabajo de flujo).

En general, la energía específica asociada con el flujo másico es h + V2 / 2 + gZ donde V es la velocidad g es la aceleración de gravedad, y Z es elevación. Esto tiene en cuenta la energía cinética y potencial por unidad de masa para la masa que fluye hacia adentro y hacia afuera de un sistema termodinámico abierto además de la entalpía.

Para un sistema termodinámico cerrado (sin flujo de masa hacia adentro / hacia afuera), la entalpía es asociado con un proceso de presión constante.

Para un sistema cerrado Q − W = ΔU donde Q es calor agregado al sistema, W es el trabajo realizado por el sistema y ΔU es el cambio en la energía interna, U, del sistema. Para el caso en el que se agrega calor lentamente a presión constante, el trabajo realizado por el sistema es pΔV y para presión constante es Δ (pV). Por tanto, Q = ΔH. H es la entalpía del sistema igual a U + pV donde, p es la presión y V es el volumen. ΔH es el cambio en la entalpía del sistema cerrado.

Le sugiero que consulte un buen texto sobre Termodinámica, como uno de Sonntag y Van Wylen.

Para mí, creo que lo que dice tu profesor tiene sentido y es muy simple, el punto principal.

Realmente no entiendo tu ecuación (y debido a eso, mi respuesta no podrá «satisfacer» su pregunta de acuerdo con su expectativa de respuesta). De todos modos, escúchame por favor.

La entalpía es en realidad «contenido de energía».Pero mire, la cosa es que «energía» (capacidad para hacer un trabajo) es un término demasiado abstracto, no podemos señalar qué es realmente una energía. En cambio, los científicos lo describen con «suposiciones» para mostrar el mecanismo de la energía. Una de esas suposiciones es el fenómeno del calor.

El calor es algo que podemos sentir y los científicos creen que el calor es una «forma» de energía, por lo que usan el calor para representar la energía que pueden «medir» calor al observar el cambio de temperatura de un objeto.

Actualmente, mi nivel de educación es preuniversitario y debido a eso, me han dicho que «asuma» que es imposible encontrar la energía contenido de una «cosa» (medir la cantidad de calor que transporta), pero personalmente creo que es posible sólo en un «entorno estricto» y sería muy difícil hacerlo. Es por eso que la regla general es tal tipo de suposición.

Como la regla general es «se desconoce la entalpía (contenido de energía) exacta de una cosa», no podemos encontrar el contenido de energía de una cosa. Sin embargo, si un objeto experimenta un cierto cambio, por Por ejemplo, la revolución de un motor aumenta al girar lentamente inicialmente, podemos comparar el calor producido por la velocidad de revolución inicial y final, por lo que puede deducir el cambio de entalpía, que es el cambio de contenido de energía (o la cantidad de cambio de calor).

Es posible encontrar el cambio de entalpía (cambio de contenido de energía o cantidad de cambio de calor) si otras «variables» como la capacidad calorífica específica, la densidad del agua (cantidad de $ \ rm H_2O $ presente en un cierto volumen) y la presión permanecen constantes.

Creo que esto es suficiente, ya que solo se pregunta qué es entalpía y qué es cambio de entalpía. Una cosa más, $ H $ es el símbolo del contenido de calor y $ \ Delta H $ es el símbolo de la cantidad de cambio de calor.

Puntos a tener en cuenta:

• La entalpía es contenido energético

• La energía es un concepto vago

• El calor se usa para representar energía

• Por lo tanto, la entalpía es el contenido de calor

• No podemos determinar cuál es la cantidad exacta de contenido de energía / calor (entalpía, $ H $) en una cosa

• Pero podemos medir el cambio de energía / contenido de calor (cambio de entalpía, $ \ Delta H $) que aumenta o disminuye

P / s: Para mí, la idea de entalpía es un poco confusa, especialmente con la forma en que las personas explican la idea usando su palabra llamada «sofisticada».

Comentarios

• Parece que casi insinúas que la energía interna y la entalpía son lo mismo.
• Lo siento, pero la energía no es un concepto vago. Tiene fórmulas precisas que permiten cálculos teóricos y formas precisas de medirlo.
• Además, toda la física es » demasiado abstracta «. No estoy ‘ seguro si eso hace que la física » sea » vaga.
• Otro comentario: no puedes ‘ sentir calor. Puede sentir una diferencia de temperatura entre su piel y el medio ambiente, que NO es calor.