La definición de entalpia es $H = U + pV$. ¿No la presión y el volumen de un sistema de haz contados una vez en la suma de las energías interna, $U$? Si es así, ¿por qué la cuenta otra vez para definir $H$?
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Frank Waller
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$pV$ no debe ser incluido como parte de la energía interna del sistema. Aquí es una manera de pensar acerca de la entalpía $H$. Es la energía requerida para hacer un sistema. Por supuesto que necesitamos para el suministro de la energía $U$, lo que implica cosas como el movimiento de las partículas o de cualquier energías potenciales.
Pero también tenemos que hacer espacio para este sistema. Para ello debemos presionar el ambiente o lo que sea alrededores de gas fuera del camino. Aquí es donde el $pV$ plazo. No está involucrado en la energía interna $U$.
Tenga en cuenta que $p$ aquí no es que la presión dentro del sistema en cuestión. Ya que estamos hablando de empujar lo que el gas está presente fuera del camino, $p$ es la presión de la atmósfera circundante que se encuentra el sistema. Esta es la razón por la que no se incluye como parte de la energía interna. Esto puede ser donde su confusión mentiras.
MW99
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1
Tienes razón, una especie de.
Esto realmente es una muy buena pregunta!
Primero quiero recordarles que en general la energía es más relativo que absoluto escala: lo que importa son la energía diferencias en lugar de valores absolutos.
Ahora, la primera ley de la termodinámica dice: $$ dU = Q - W,$$ donde $Q$ es la red de calor (flujo) en el sistema y $W$ es el trabajo neto realizado por el sistema. El trabajo siempre se $W = F~dx$ para algunos de la fuerza de $F$ y un tipo de cambio en algunos de longitud $dx$. Pero ya que todo esto está ocurriendo perpendicular a una superficie, podemos multiplicar este por $1=A/A$ sin cambiar para encontrar a $W = (F/A)~A~dx$ y, a continuación, podemos reconocer que la fuerza por unidad de área $F/A = p$, y una unidad de área veces un desplazamiento perpendicular a ella es, precisamente, un cambio en el volumen, $A~dx = dV.$ por Lo que el trabajo realizado es, precisamente, $W = p~dV.$
En este sentido, sí, una especie de "ya tiene $p~V$". Pero vamos a ser más precisos: lo que estamos diciendo en realidad es:
Si no hay flujo de calor en el sistema, entonces los cambios en el volumen de $dV$ se ve reflejado directamente en la energía interna por $dU = -p~dV.$
La conmutación de volumen por la presión
Una pregunta natural es entonces: ¿qué acerca de los cambios en la presión? ¿Por qué no son aquellos que se refleja directamente en la energía interna? Y la respuesta es: si usted tiene una sustancia en un aislado térmicamente caja, es muy duro para cambiar la presión de la sustancia sin cambiar el volumen de la caja o la adición de energía térmica. De hecho, la forma más obvia de hacerlo es a cosas más partículas en el cuadro, o, posiblemente, a cambio de un tipo de compuesto químico a otro dentro de la caja (cambiando así las partículas de una especie en otra). En otras palabras, la energía interna es una función de estado de un par de variables: en primer lugar, una cierta noción de la cantidad de calor que se ha añadido, al que llamamos entropía $S$, cuyos cambios están definidos por $\Delta S = Q/T$; en segundo lugar, el volumen de la caja; en tercer lugar, el número de moléculas $N = (N_1, N_2,\dots N_k)$ de la $k$ de los reactivos químicos en el cuadro, o de modo -- las fuentes internas de energía. Hay alguna función $U(S, V, N)$ que caracteriza el sistema completamente.
En esta cuenta la presión es no un control independiente variable dependiente; se resuelve el sistema para ello. De hecho, acabamos de al azar, escribió una expresión para el mismo; una vez conocido el estado de la función $U$ usted puede tomar una derivada parcial de la misma, $p(S, V, N) = -\left({\partial U\over \partial V}\right)_{S, N}.$ Si quieres probar a cambiar de $p$, bien, usted tendrá que agregar o quitar calor a/desde el sistema a cambio de $S$, o añadir/eliminar partículas de $N$, o cambiar el volumen, $V$ -- usted tiene que ser la evaluación de este derivadas parciales en un punto del espacio se define en!
Ahora lo que sucede cuando usted desea que la presión para ser controlados de forma independiente variable? Así nos acaba de decir que no tenemos suficiente variables independientes, de modo que se tiene que sacrificar una de estas variables existentes para "hacer lugar" para él! La más obvia es el comercio de $V$$p$, esto corresponde a la toma de nuestra caja de volumen fijo y utilizando en su lugar un pistón con una fuerza constante, que permite que el volumen real a fluctuar, pero la presión debe permanecer constante. Este es también indirectamente a lo que sucede en un abrir cofres en su laboratorio de química, mientras que las moléculas de pasar a ser de no dejar el frasco (por ejemplo, un líquido o sólido): la atmósfera proporciona la constante de la fuerza.
La energía interna se convierte en mucho menos útil
Así que el uso de un pistón en lugar de un cuadro. ¿Qué ha pasado? Indirectamente, lo que pasó es que la energía interna no es un gran número que se utiliza para entender el sistema.
El problema es que, ahora que el volumen puede cambiar. Así que poner un poco de flujo de calor $Q$ en el sistema, es que la energía parte de la energía interna $U$ ahora? Por supuesto que no. Que añadido el calor hizo que el sistema se expanda, y posiblemente dramáticamente si se ha causado, decir, cerca del punto de ebullición del agua a hervir. Este aumento de volumen, a continuación, hizo el trabajo en el mundo exterior, lo que redujo $U$.
El cambio real de $U$ de curso $Q - p~dV,$, pero que utiliza algún cambio en volumen $dV$ que no lo sabemos aún. Si quieres saber cómo esta energía interna cambia con el calor de los flujos (de ahí los cambios en la $S$), tendría que escribir $u(S, p, N) = U(S, V(S, p, N), N)$ y, a continuación, usted puede venir para arriba con $$\frac{\partial u}{\partial S} = \frac{\partial U}{\partial S} + \frac{\partial U}{\partial V} \cdot \frac{\partial V}{\partial S} = T - p ~\left(\frac{\partial V}{\partial S}\right)_{p,N}.$$ Even then, about the only interesting thing I can tell you about this last expression is that you can rewrite it by a Maxwell relation into another form that doesn't look so useful; we can write $({\partial V}/{\parcial S})_{p,N} = ({\partial T}/{\partial p})_{S,N}.$ Así que si usted sabía cómo cambia la temperatura con la presión cuando no hay flujo de calor, usted podría averiguar cómo los cambios de volumen en respuesta al flujo de calor. Lo cual es genial, pero no es realmente todo lo que es útil.
Paso atrás de un segundo, ¿cuál es nuestro verdadero problema? El calor no desembocan en el "cubo" de la energía interna -- no completamente, sino más bien algunos de fluyó en el "cubo" del mundo exterior.
Se puede ver la solución? Si no, no te preocupes -- yo no entiendo en primer lugar, en mis clases de química de la entalpía parecía muy arbitrario en primera.
El aumento de la entalpía
Pero la respuesta que estoy tratando de llevar a usted a esto: la solución es simplemente que usted necesita un cubo más grande. Usted necesita un cubo que comprende tanto la energía que fluye en el interior de la energía, además de la energía que fluye en el mundo exterior. Entonces se puede decir "hey, todo el calor de la energía sin duda fue en este más grande cubo!" y todo lo que es teóricamente simple otra vez.
Lo sorprendente es que la atmósfera es tan grande que en realidad se puede hacer esto con absolutamente ninguna referencia directa a su composición interna. Y esto se remonta a la primera de hecho, me dijo: "el cero de la energía era de sentido en el primer lugar. Lo que esto significa es que, no tengo necesidad de reconstruir el valor exacto de energía de la atmósfera a partir de primeros principios para establecer esta exactamente cero. En su lugar, sólo necesito algo que recapitula $p~dV$ cuando puedo cambiar el volumen a presión constante; es la grandeza de la atmósfera que hace que la presión aproximadamente constante. Pero que es la más fácil integral de la historia: sólo se integra a $p~V + C,$ y que puede tomar $C$ a cero. Así que puedo decir que todo el calor de la energía entró en el "entalpía cubo" $U + p~V$, de los cuales una cantidad indeterminada entró en la energía interna subchamber $U$ y una indeterminada cantidad entró en la atmósfera, que es aproximadamente el $p~V + C$ a un desconocido e irrelevante $C$.
El genio aquí es que $p$ $V$ son ambas propiedades medibles de mi sistema. Yo simplemente puede pedir a los químicos para hacer una nota no sólo de energías sumar o restar, pero también la presión y el volumen del sistema antes y después de cualquier reacción ocurrió, y en lugar de decir "tal-y-tan-mucho cambio de energía" voy a preguntar a informar de estos "tal y tanto cambio de entalpía." Esto es muy práctico. Y sé que esto tiene una correspondencia directa tanto con cualquier energía a través de reacciones químicas (variaciones en $N$) y cualquier energía debido al calor agregado (variaciones en $S$). Así que les pido a los químicos para escribir la entalpía por unidad de masa a hervir el agua, y entonces sé que si pongo un joule de energía en algunos de ebullición temperatura de agua, que se evapora exactamente tal-y-de modo que la masa de agua, en un sellar la caja. Que no va a ser la respuesta correcta para una caja sellada, pero eso no importa.
mike stone
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ash108
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$U$ es la energía que el sistema se compone de. Para un mago para convocar a un conejo a la existencia, debe agregar esta cantidad de energía para crear el conejo.
$pV$ es la energía, que debe ser hecho para hacer que el entorno se ajustan a este recién creado sistema. Para invocar el conejo, el mago debe hacer espacio para empujando el aire. Esto requiere trabajo $pV$. Ese mismo conejo convocado en el espacio exterior sería no requiere ninguna energía adicional que sólo $U$ gastado, ya que no existen alrededores (sin aire) de interferencia.
Frank Lynch
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La respuesta es, "No, FOTOVOLTAICA de la energía potencial no está incluido en la energía interna." Utilizando los datos de https://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/ helio a 25 ° c y 1 bar, la energía interna, U, es de 3.74 kJ/mol. A 25 ° c y 2 bar, U es también 3.74 kJ/mol--presión tiene ningún efecto significativo en U.
NIST también listas de entalpía, H, en ambas P-T de los puntos. En ambos casos, la H es mayor que la U por la cantidad de P x V --la misma cantidad en 1 o 2 bar porque a medida que P se duplica el volumen de las mitades de casi un gas ideal, como Él.
Gracias a todos los que han contribuido a través de la física.stackexchange que me ayuden a comprender la función de la entalpía, H = U + PV
Frank Lynch
