В каком контексте энтальпия является удобным понятием?

В дополнение к тому, что @Bob D и другие сказали об использовании энтальпии (в первую очередь) при выполнении энергетических балансов в системах с непрерывным потоком, энтальпия также важна для количественной оценки температурной зависимости константы равновесия для химических реакций (через Вант). уравнение Хопфа) и температурная зависимость парожидкостного равновесия одно- и многокомпонентных химических систем. И, конечно же, такие константы равновесия важны при проектировании и эксплуатации дистилляционного оборудования и химических реакторов.

Итак, если вы когда-либо будете работать с системами непрерывного потока промышленного масштаба, вы будете работать с энтальпией, а не с внутренней энергией. И если вы когда-нибудь собираетесь понять фазовое равновесие и химическое равновесие, вам лучше иметь более чем поверхностное знакомство с энтальпией.

В основном я сталкиваюсь с энтальпией при обсуждении фазовых переходов на открытом воздухе, таких как замерзание и кипение.

Возьмем пример кипячения кастрюли с водой. При переходе из жидкой фазы в твердую происходит некоторое изменение внутренней энергии. Однако фазовый переход также включает резкое изменение плотности воды от$\rho_\text{liquid} \approx 1000\rm\,kg/m^3$к$\rho_\text{vapor} \approx 1\rm\,kg/m^3$. Таким образом, чтобы испарить килограмм воды при обычном давлении, нужно оттолкнуть почти кубический метр воздуха, что требует работы.

$$P\Delta V = 100\,\mathrm{kPa} \cdot 1\rm\,m^3 = 100\,kJ$$

Это существенно($\sim5\%$) поправка на теплоту парообразования воды (около 2200 кДж/кг), и присутствует в каждом эксперименте с кипящей водой, который не проводится внутри какого-либо сосуда постоянного объема.

Я думаю, что вы уже знаете это, и что суть вашего вопроса в том,

Но зачем кому-то заботиться о том, какое количество равно$Q$при определенных условиях вместо того, чтобы просто сообщать$Q$?

Ответ здесь заключается в том, что если вы сообщаете о тепле, необходимом для запуска некоторого фазового перехода при определенных условиях, вы также должны указать, каковы эти условия. Сообщение об энтальпии при заданной температуре и давлении — очень эффективный способ заявить , что вы кипятили воду (или что-то еще) при постоянном давлении, как это делает большинство людей, а не делали что-то более сложное для измерения только внутренней энергии.

Быстрый ответ: потоковые процессы . например, жидкость, поступающая на химический завод; газ, проходящий через турбину; химические вещества, реагирующие при постоянном давлении. Уравнение$dU = T dS - p dV$дает нам

$$dH = T dS + V dp$$ который вы можете считать «основным законом» (эквивалентным известному закону для$dU$). Важным приложением является процесс Джоуля-Кельвина или процесс дросселирования, где$H$постоянно. Это, в свою очередь, приводит к уравнению Бернулли для ламинарного течения в отсутствие переноса тепла. В химии вы получите уравнение Вант-Гоффа.

Энтальпия является особенно удобной концепцией при анализе компонентов, таких как турбины, компрессоры, насосы, конденсаторы, испарители и расширительные клапаны, в процессах с открытым устойчивым потоком. Вот несколько примеров идеального энергетического цикла Ренкина, когда$h$энтальпия:

Реверсивные адиабатические турбины: $\dot W_{out} =\dot m(h_{in}-h_{out})$

Реверсивные конденсаторы постоянного давления (отвод тепла): $\dot Q_{out}=\dot m(h_{in}-h_{out})$

Реверсивные, адиабатические компрессоры, насосы: $\dot W_{in}=\dot m(h_{in}-h_{out})$

Реверсивный, постоянное давление, расширение (добавка тепла котла): $\dot Q_{in}=\dot m(h_{out}-h_{in})$

Надеюсь это поможет