alt=Schemat przemian materii z wzrostem entalpii układu od ciała stałego, przez ciecz i gaz do plazmy.|mały|350px|Schemat zmiany entalpii w przy zmianie stanu materii. Entalpia (zawartość ciepła) – w termodynamice wielkość fizyczna będąca funkcją stanu mająca wymiar energii, będąca też potencjałem termodynamicznym, oznaczana przez , lub którą definiuje zależność:
gdzie: – entalpia układu, – energia wewnętrzna układu, – ciśnienie, – objętość.
Z powyższego wzoru wynika sens fizyczny entalpii. Entalpia jest równa sumie: energii wewnętrznej, czyli energii, jaka jest potrzebna do utworzenia układu, gdy jest on tworzony w otoczeniu próżni, iloczynu który jest równy pracy, jaką należy wykonać nad otoczeniem, by w danych warunkach uzyskać miejsce na układFirst Law of Thermodynamics..
Wszystkie wielkości definiujące entalpię są parametrami stanu, dlatego entalpia też jest funkcją stanu.
Nieskończenie małą zmianę entalpii określa wzór:
Dla procesów, zachodzących dla ciał stałych i cieczy pod niezbyt dużym ciśnieniem składniki i są małe w porównaniu do i mogą być pominięte, wówczas zmiana entalpii jest równa zmianie energii wewnętrznej:
Entalpia jako zawartość ciepła Z definicji entalpii i I zasady termodynamiki:
Gdy układ wykonuje wyłącznie pracę objętościową oraz gdy ciśnienie jest stałe, wówczas zmiana entalpii jest równa ciepłu dostarczonemu do układu:
Z tego, że entalpia jest funkcją stanu oraz powyższego wynika, że dla dowolnego procesu, w którym ciśnienie początkowe jest równe ciśnieniu końcowemu, ilość ciepła dostarczonego do układu jest równa zmianie entalpii:
Przemiany przebiegające przy stałym ciśnieniu są bardzo często spotykane w praktyce (np. kocioł parowy, przemiany fazowe, reakcje chemiczne), stąd entalpia jest bardzo często wykorzystywaną w obliczeniach funkcją stanu.
W termodynamice technicznej przydatne są wielkości termodynamiczne właściwe (odniesione do jednostki masy rozpatrywanego czynnika termodynamicznego). Wprowadza się więc entalpię właściwą:
Dla entalpii właściwej można zapisać wzór definicyjny w następującej postaci:
gdzie: – energia wewnętrzna właściwa, – objętość właściwa.
Zależność entalpii od temperatury Entalpia substancji zależy od jej temperatury. Przy stałym ciśnieniu jest nazywana pojemnością cieplną
lub
gdzie: – ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu, – masa substancji.
Entalpia standardowa Entalpia standardowa to entalpia danej substancji w jej czystej postaci w ciśnieniu standardowym (tj. 1 bar) w danej temperaturze. Zmianę entalpii standardowej oznacza się symbolem Oznaczając entalpie, jak i entalpie standardowe, wprowadza się do symbolu entalpii oznaczenie przemiany gdzie oznacza przemianę. Stosowany jest też zapis
Entalpie standardowe tworzenia 1 mola (zobacz Standardowe molowe ciepło tworzenia) substancji są podawane w tabelach własności fizycznych substancji. Przyjmuje się, że pierwiastki w ich podstawowym stanie w warunkach standardowych mają entalpię równą 0.
Przykłady entalpii standardowych tworzenia: wodór cząsteczkowy (): 0 wodór atomowy (H): +217,97 kJ/mol tlen (): 0 woda ciekła (): −285,83 kJ/mol para wodna: −241,82 kJ/mol
Entalpia przemian + Wybrane oznaczenia entalpii przemian Przemiana Opis Oznaczenie Przemiana fazowa faza a → faza b Rozpuszczanie substancja rozpuszczana → roztwór Reakcja chemiczna substraty → produkty Tworzenie (synteza związku z pierwiastków) pierwiastki → związek chemiczny
Inne Z definicji oraz wyrażenia na energię wewnętrzną dla procesów odwracalnych:
wynika:
Z zależności tej wynika: – związek z temperaturą, – związek z objętością, – związek z potencjałem chemicznym,
gdzie: – energia wewnętrzna, – ciśnienie, – objętość, – entropia.
Entalpia gazów rzeczywistych i innych substancji zależy w sposób bardziej skomplikowany od temperatury, konieczne jest zastosowanie bardziej skomplikowanych zależności, uwzględniających m.in. ciśnienie. Szczególnie skomplikowane jest wyznaczenie entalpii stosowanej w technice pary wodnej (np. w kotłach i turbinach parowych, suszarniach, wymiennikach ciepła, sprężarkach i wentylatorach do gazów wilgotnych, silnikach cieplnych, zwłaszcza z wtryskiem wody bądź pary wodnej, sieci i węzłów ciepłowniczych i innych), gdyż jej parametry są oddalone w stosunkowo niewielkim stopniu od linii nasycenia i punktu krytycznego.
W termodynamice nie jest istotna wartość całkowitej entalpii, lecz jej przyrost lub zmniejszenie w danym procesie. Przyrost entalpii występuje w sprężarkach, natomiast zmniejszenie – w turbinach cieplnych.
Moc maszyny przepływowej (turbiny, sprężarki) obliczana jest jako iloczyn zmniejszenia (bądź przyrostu) wewnętrznego entalpii czynnika przepływowego i strumienia masy rozprężanego (lub sprężanego) czynnika.
Entalpia jako transformata Legendre’a Entalpia jest transformatą Legendre’a energii wewnętrznej po zmiennej
W równaniu:
jest zmienną niezależną, a zależną (funkcją objętości).
Dokonując transformacji Legendre’a, otrzymuje się nową funkcję w której jest zmienną niezależną, a zależną (funkcją ciśnienia), czyli:
Zobacz też
energia swobodna energia wewnętrzna entalpia swobodna funkcja stanu maszyna cieplna potencjały termodynamiczne rozprężanie spalanie sprężanie turbina parowa
Uwagi
Przypisy
Bibliografia
Kategoria:Termodynamiczne funkcje stanu Kategoria:Energia