La respuesta corta es que Enthalpy combina energía interna y energía debido al volumen del sistema. La mayoría de los sistemas no existen en el vacío. Tienen una energía de creación, PV, asociada con ellos que describe la energía necesaria para empujar la atmósfera fuera del camino para que pueda ocupar el volumen V.
Es común que los sistemas cambien de volumen. Si no están en el vacío, la entalpía representa la energía asociada con los cambios de volumen y los cambios internos de energía. La entalpía no es una cantidad requerida pero hace que las ecuaciones sean más ordenadas. El concepto de un proceso isentálpico también es importante, ya que coincide con muchos sistemas de flujo de gas real, como una válvula Joule Thompson.
La primera ley de la termodinámica se puede describir a grandes rasgos como conservación de energía.
Matemáticamente se ve así:
dU = dQ – dW
donde dU es el cambio en la energía interna, Q = flujo de calor hacia el sistema y W = trabajo realizado por el sistema del sistema.
Si cree que la energía se conserva, todas las entradas de energía / calor a un sistema deben equilibrar todas las salidas de energía / calor a menos que la energía se almacene en algún mecanismo interno del sistema U. Esta abreviatura permite analizar muchos sistemas sin tener que describir los detalles internos del sistema. mecanismos de almacenamiento de energía para U para un sistema particular.
La termodinámica es principalmente un esquema de contabilidad para realizar un seguimiento de dónde va la energía en un proceso o sistema. La energía se puede convertir en muchas formas diferentes, incluyendo calor, energía cinética de movimiento, energía potencial en gases o resortes comprimidos, energía química, energía eléctrica, etc. La energía interna se inventó como un término general para cualquier energía almacenada dentro de un sistema que No depender de una fuerza externa o referencia. Por lo general, no es necesario comprender todos los detalles de los mecanismos internos de almacenamiento de energía para analizar el consumo y la producción de energía en sistemas específicos, siempre que pueda medir con precisión las variables termodinámicas clave T, P, V, W y Q, que son temperatura, presión , volumen, trabajo y flujo de calor.
La energía interna se relaciona con un sistema y un sistema es un subconjunto del universo en el que define un límite y hace que todo dentro de la parte límite del sistema. El límite puede ser impermeable a la transferencia de calor (adiabático) o puede permitir que pase el calor (diatérmico). Los límites pueden definir barreras fijas (volumen inmóvil o constante) o pueden ser móviles. Pueden permitir que la materia los atraviese (permeables) o pueden ser impermeables y no permitir que ninguna masa pase a través de ellos. Definir la posición y las propiedades de los límites del sistema es fundamental para definir qué se agrega a la energía interna.
La energía cinética debido al movimiento de todo el sistema no es interna porque debe medir la velocidad del sistema con respecto a una referencia externa. Las vibraciones y los movimientos internos son energía interna porque puedes medir sus velocidades con respecto al límite del sistema. Si tomo un reloj de cuerda que se ha agotado, puede enrollarlo y aumentar la energía interna. La energía cinética de las partes móviles en el interior también es energía interna. Si tiro el reloj, la energía cinética del reloj que vuela por el aire no es energía interna si mi sistema es el reloj. Si mi sistema es la habitación en la que arrojas el reloj, entonces esto es energía interna. Donde dibuja los límites del sistema es fundamental para determinar qué es y qué no es energía interna.
Un reloj operado por baterías contaría la energía química en las baterías y la energía eléctrica en cualquier condensador o bobina, así como la energía mecánica de las partes móviles y cualquier energía térmica debido a las temperaturas absolutas de las partes como contribuyentes a la energía interna. Si calienta un sistema, aumentará la energía interna.
Otra forma de pensar sobre la energía interna es como energía que no puede medirse desde el exterior de un sistema de ninguna otra manera que no sea transferir la energía fuera del sistema y medir cuánta energía obtienes. Si conoce los detalles del sistema interno, puede calcular o predecir cuánta energía interna hay al igual que puede predecir la carga restante en una batería si conoce la química, el voltaje y la temperatura de la batería. Pero la única forma de medir esta energía es descargar la batería y medir cuánta energía suministra.
Dada la discusión anterior, la energía interna puede ser
– Calor almacenado por un sistema como temperatura elevada o cambio de fase.
– energía química / nuclear almacenada por un sistema.
– energía cinética interna de las partes móviles.
– energía potencial interna de gases de piezas comprimidas.
La energía interna no es
– energía cinética de movimiento de todo el sistema.
– energía potencial de compresión debido a una fuerza ejercida desde el exterior del sistema Esto también se denomina energía fotovoltaica, ya que es igual a la presión externa en un sistema multiplicado por el volumen del sistema.
El último punto es importante porque la entalpía, H = U + PV. La cantidad U + PV aparece con frecuencia en termodinámica, por lo que se definió como entalpía. Puede considerarse como la energía necesaria para colocar un sistema en un entorno de presión particular. en el vacío del espacio P es esencialmente 0, entonces H = U. Donde vivimos P es 14.7 psi_a o 1.0 bar o cualquier unidad que desee usar. La PV puede verse como la energía de creación de un sistema de volumen V, ya que la PV es el trabajo necesario para desplazar suficiente atmósfera para que un sistema de volumen V se mueva a su lugar. Esto es análogo a la flotabilidad que hace que las cosas pesen menos inmersas en un fluido que en el vacío. La entalpía es una forma de tener en cuenta el hecho de que un sistema puede almacenar energía cambiando su volumen si se aplica presión externa y al mismo tiempo tener en cuenta la energía interna. Como la presión es externa, la energía fotovoltaica no es energía interna, por lo que utilizamos la entalpía como una medida ligeramente más general de la energía del sistema.
Combinando la definición de entalpía, H = U + PV y la ecuación de la primera ley de conservación de la energía da
dU = d (H-PV) = dQ – dW;
dH – PdV – VdP = dQ – dW;
dH = dQ + PdV + VdP – dW.
Si considera un sistema adiabático, Q = 0, entonces dQ = 0 que también es isentálpico, U = -PV, entonces dH = 0 obtiene
dW = PdV + VdP o W = PV si integra.
Un sistema isentálpico común es donde se evita que el calor y el material crucen la barrera del sistema y el sistema es un gas ideal. Si duplica P, entonces V se convierte en la mitad de su valor anterior en un gas ideal. Entonces PV no cambia y no hay flujo de calor significa que U no cambia. Con PV y U estático, H es estático, entonces dH es 0.
Usted menciona W = -PV y esta es solo una convención diferente a la utilizada anteriormente. Considera que el trabajo realizado en el sistema es positivo en lugar de ser positivo.
Entonces, la ecuación W = -PV es un caso especial de conservación de energía que supone un límite del sistema impermeable adiabático y un proceso isentálpico. Muchos sistemas que involucran gases que fluyen coinciden estrechamente con estos criterios. Si supone una presión constante dW = -PdV mientras que una suposición de volumen constante produce dW = -VdP. Estas son expresiones comunes que se utilizan para calcular los valores de energía del motor térmico y del ciclo de refrigeración, y se derivan del reconocimiento de procesos isentálpicos.
