Енталпията представлява енергията, която може да се преобразува в топлина (или работа) при постоянно налягане. Това е потенциалът на една система, която се намира в състояние на равновесие, в случай, че изследователят знае нивото на ентропията, броя на молекулите и налягането.

Ако е посочен термодинамичният параметър на идеалния газ, вместо енталпията се използва формулировката „енергия на разширената система„. За да ви бъде по-лесно да обясните тази стойност можете да си представите съд пълен с газ, който сгъстен с помощта на бутало (например двигател с вътрешно горене). В този случай енталпията ще бъде равна не само на вътрешната енергия на веществото, но и на работата, която трябва да се произведе, за да се приведе системата в желаното състояние. Промяната на този параметър зависи само от първоначалното и крайното състояние на системата, а начинът, по който тя ще бъде получена не е от значение.

 Ето и полезно видео от KhanAcademy, в което се обяснява какво представлява Енталпията.

(За български субтитри, изберете от менюто с настройки)

Видео транскрипция:

Ще начертая една любима pV диаграма. На тази ос е налягането, а на тази ос е обемът.
Ето така, имам налягане и обем. Преди няколко видеа показах, че ако започнем
от някакво състояние ето тук на pV диаграмата, и след това променя обема и налягането,
за да достигна друго състояния, и това става при квазистатичен процес,
то принципно през цялото време съм близо до равновесие, моите променливи са ясно дефинирани
и имам някакъв път, по който достигам новото състояние. Ето това е моят път.
Преминавам от това състояние в това състояние. И показах, че в този случай работата,
извършена от системата, е равна на площта под кривата. И след това ако се върна
в първоначалното състояние, като измина някакъв път, някакъв случаен път, тогава работата,
извършена върху системата, е равна на площта под тази светло синя крива. Така накрая работата,
извършена от системата, е равна на площта, затворена между двете криви.
Ще го направя с различен цвят. Нетната работа е площта между двете криви,
като се движа по посока на часовниковата стрелка. Това е нетната работа,
извършена от системата. И знаем също, че ако сме в някаква точка от pV диаграмата,
състоянието е идентично с предходното състояние в тази точка. Така че ако изминем целия път
и после се върнем обратно, нашите макростатични променливи няма да са различни.
Налягането е същото като преди. Обемът е същият като преди, защото сме изминали целия път
обратно до тази точка на pV-диаграмата. И вътрешната енергия е същата точка като преди,
така че промяната във вътрешната енергия по този път, имаме различна вътрешна енергия тук
и тук, но когато минем по целия път и се върнем в изходната точка,
промяната на вътрешната енергия е нула. Знаем, че промяната на вътрешната енергия е дефинирана
като и това следва от първия закон на термодинамиката, топлината, погълната от системата,
минус работата, извършена от системата. Ако преминем по един такъв кръгов път на pV-диаграмата,
каква е промяната във вътрешната енергия? Тя е нула. Имаме нулева промяна на вътрешната енергия,
защото сме във същото състояние, което е равно на погълната топлина минус извършената работа
или... правил съм това упражнение много пъти. Мисля, че го правя за четвърти или пети път.
Имаме, че топлината, погълната от системата, ако я добавим към двете страни, е равна на работата,
извършена от системата. Затова лицето между двете криви, вече го казах, е работата,
извършена от системата, и ако не можеш да запомниш откъде следва, запомни, че е налягането
по обема по промяната в обема е промяната на работата и това я свързва с тази площ.
Вече го правихме много пъти. Няма да го правим пак. И ако имаш някаква площ тук, някаква топлина
е добавена в системата, нали? Тук е добавена някаква топлина и вероятно е отдадена някаква топлина,
но имаме нетно добавена топлина към системата. Използвам това, за да стане ясно защо топлината
не е добра макростатична променлива. Защото... и аз имам цяло видео за това... ако дефинирам някаква
макростатична променлива, например количество топлина. Нека дефинирам макростатична поменлива
количество топлина. И мога да кажа, че промяната в количеството топлина е равно на промяната на топлината.
Това е моята дефиниция. Когато добавям топлина към системата, количеството топлина се увеличава.
Но проблемът е, че макростатичната променлива количество топлина е това тук, мога да кажа,
че количеството топлина е 5. И току що ти показах, че ако изминем някакъв път и се върнем,
и има някаква площ под този път, то ние сме добавили някаква топлина.
Да кажем, че тази площ тук, това е q, равно на работата, извършена от системата, равно на 2.
Всеки път, когато започна с количество топлина, равно на 5, това е произволно число,
и ако мина по този целия път количеството топлина би било 7. И после когато се върна отново,
количеството топлина би било 9. И то би се променяло с 2 винаги, когато измина този път.
Ще се променя с количеството площ, която пътят обикаля. Затова топлината не е макростатична
променлива, защото зависи от това какъв път е изминат. Статичната променлива, запомни това,
за да бъде статична променлива, ако се намираш в тази точка, тя трябва да има същата стойност.
Ако вътрешната енергия тук е 10, и изминеш този път и се върнеш, вътрешната енергия ще бъде 10
отново. Ето защо вътрешната енергия е валидна статична променлива. Тя зависи само от състоянието.
Ако тук ентропията е 50, когато се върнеш тук след всякакви шантави неща, връщаш се в тази точка
и ентропията отново е 50. Ако налягането тук е 5 атмосфери, когато се върнеш отново тук, то пак
ще бъде 5 атмосфери. Статичната променлива не се изменя заради пътя, който е изминат.
И ако си в определено състояние, това е всичко, което има значение за статичната променлива.
Затова количество топлина не върши работа и в няколко видеа аз я разделих на t и получихме ентропия,
която е интересен вид. Но това още не е удовлетворително. Искам да получа нещо, което да е статична
променлива, но да измерва топлината. Ще трябва да направим някакви компромиси, защото тук използвахме
спорното "количество топлина", което се променя винаги, когато минеш по този път. Това не е валидна
статична променлива. Да видим можем ли да намерим такава. Нека да я дефинираме. Нека наречем тази нова
променлива приблизителна топлина h, и например можем да я наричаме енталпия. Нека да дадем определение.
Да я дефинираме като вътрешната енергия плюс налягането по обема. Тогава каква ще бъде промяната
на енталпията? Промяната на енталпията ще бъде промяната на тези елементи. Това е промяната на
вътрешната енергия плюс промяната на налягането по обема. Това е интересно. И искам да подчертая нещо
тук. Това по определение е валидна статична променлива. Защо? Защото е сбор от други статични
променливи. Във всяка точка на pV-диаграмата, но това важи и за други диаграми, например ентропия и
температура, или нещо друго, в което участват статични променливи, във всяка точка на диаграмата,
u ще бъде едно и също, без значение как сме стигнали там, р по дефиниция ще бъде същото.
Ето затова то е в тази точка. v определено ще бъде същата точка. И ако просто ги събера, това е валидна
статична променлива, понеже е просто сбор на други валидни статични променливи. Да видим дали можем
да направим връзка с други променливи, за които вече знаем, че са статични. От нашето определение,
тази работа е просто сбор от напълно валидни статични променливи. Да видим дали можем да изведем връзка
с топлината. Знаем колко е Δu. И ако разглеждаме вътрешната енергия или промяната на вътрешната енергия,
 не ми трябват другите химични потенциали и други, това е равно на топлината, приложена на системата,
минус работата, извършена от системата, нали? Нека да сложа всичко друго тук. Промяната на енталпията
е равна на топлината, приложена на системата, минус работата, извършена от системата... това е промяната
на вътрешната енергия, плюс ΔpV. Това следва от определението за енталпия. Това започва да изглежда
интересно. Какво е работата, извършена от системата? Мога да напиша промяната на h, или енталпията,
е равна на топлината, приложена на системата,...а какво е работата, извършена от системата? Ако имаме
някаква система, и има бутало, и процесът е квазистатичен, с класическите малки камъчета, за които
говорихме в няколко видеа. Когато прилагам някаква топлина или да кажем махам камъчета, имам различни
равновесни състояния, но какво се случва? Кога се извършва работа? Тук имаме някакво налягане, и буталото
ще се издигне, обемът ще се увеличи, Преди няколко видеа показах, че работата, извършвана от системата,
може да се разглежда като работа за увеличаване на обема, която е равна на налягането по промяната в обема.
И сега да добавим останалата част. Това е промяната във вътрешната енергия. Има няколко видеа, в които го
показвам. Сега да добавим другата част на уравнението. Енталпията, нашата промяна в енталпията, може да се
дефинира така. Тук става нещо интересно. Исках да дефинирам статична променлива, защото исках някак да
измервам съдържанието на топлината. Промяната на енталпията ще бъде равна на топлината, добавена в системата,
ако тези два члена се унищожат. Ако някак успея да ги съкратя, тогава промяната в енталпията ще бъде равна на
това, ако тези са равни един на друг. Кога те са равни помежду си? При какви условия промяната на налягането
по обема е равно на налягането по промяната на обема? Кога се случва това? Ако мога да направя това твърдение,
тогава тези два члена са равни и промяната на енталпията ще бъде равна на добавената топлина. Мога да направя
такова твърдение само ако налягането е константа. Защо това е така? Нека помислим математически.
Ако това е константа и аз променя... ако това е 5, 5 по промяната на нещо е равно на промяната на 5 по това
нещо, това математически е вярно. Разгледано по друг начин, ако това е константа, можем просто да я изнесем
пред скоби, нали? Ако кажа, че промяната на 5 по х, това е равно на 5 по х крайно минус 5 по х начално.
И можеш да кажеш, че това е просто 5(х крайно – х начално). Това е просто 5 по промяната на х. Това е твърде
очевидно, за да го обясня. Мисля, че понякога, когато твърде много се обясняват нещата, те само стават
по-объркани. Използвам 5 просто като аналогия на константа. Ако налягането е константа, тогава това уравнение
е вярно. Ако налягането е константа, това е ключовото допускане, ако приложим топлина при постоянно налягане
в системата ... можем да го напишем така. Ще го напиша няколко пъти, защото това е ключово. Ако налягането е
константа, тогава нашето определение, което измислихме, тази енталпия, която дефинирахме като вътрешната
енергия плюс налягане и обем, при постоянно налягане в системата, промяната на енталпията току-що показахме,
че е равна на топлината, добавена в системата, тъй като всички тези неща са равни при постоянно налягане.
Това е вярно само когато топлината се добавя към система с постоянно налягане. Каква е връзката на това с
pV-диаграмата? Какво се случва в системата при постоянно налягане? Нека начертая нашата pV-диаграма.
Това е p, това е V. Какво се случва при постоянно налягане? Имаме някакво налягане тук. Постоянно налягане
означава, че се движим само по тази права. Можем да отидем от тук до тук, после можем да се върнем.
Можем да отидем от тук до тук и отново да се върнем. Но какво ни прави впечатление? Имаме ли площ под кривата?
Тук няма крива, защото имаме постоянно налягане. Ние някак спескахме тази диаграма. Пътят напред и обратно
е един и същ. Ето защо нямаме проблеми със статичността, защото нетната топлина се добавя към системата,
когато отиваме от тази точка в тази и после обратно в тази точка. Затова можеш да видиш, че енталпията при
постоянно налягане, когато налягането не се движи нагоре и надолу, тогава енталпията е равна на добавената
топлина. Тук може да кажеш: Хей, Сал, това е някакъв компромис, постоянно налягане, това е сериозно допускане.
Това за какво може да ни послужи? Това е полезно, защото при повечето химични реакции, особено тези в отворени
съдове, се извършват на морското равнище, и това е важен факт, те се извършват при постоянно налягане.
Представи си, аз съм на морския бряг, изваждам някаква колба или нещо такова и слагам вътре някакви неща
и наблюдавам реакцията, това е система при постоянно налягане. Това е атмосферното налягане. 1 атмосфера.
Аз съм на морското равнище. Това е много полезна концепция за ежедневните химични изрази. Може да не е толкова
полезно за двигателите, при които налягането постоянно се променя, но за химията е,
защото повечето реакции там се извършват при постоянно налягане. Така че тази енталпия можем
да разглеждаме като топлинното съдържание, когато налягането е константа. Тя е точно съдържанието
на топлина при постоянно налягане. И някак... всъщност аз ти показах как, можахме да изведем това
определение, което по дефиниция е статична променлива, защото е сбор от други статични променливи,
с това уточнение за постоянното налягане, то се превърна в количеството топлина на тази система.
В бъдеще ще говорим повече как се измерва енталпията, но сега просто можеш да кажеш, ако налягането
е постоянно, енталпията е... и можем да я ползваме само при постоянно налягане. Но ако имаме
постоянно налягане, тогава енталпията е количеството топлина. И е много полезна за определяне дали
химичните реакции се нуждаят или отделят топлина.
Информация: fb.ru
Видео: KhanAcademy
46 Прегледа