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Qu’est-ce que le changement d’enthalpie – delta h – Définition

L’enthalpie est représentée par le symbole H et le changement d’enthalpie dans un processus (delta h) est H2 – H1. Delta h est calculé ici pour divers exemples. Génie thermique

Enthalpie en unités extensives

Propriétés thermodynamiques étendues et intensives
Propriétés extensives et intensives du milieu dans le pressuriseur.

H = U + pV

L’enthalpie  est une quantité importante, elle dépend de la taille du système ou de la quantité de substance qu’il contient. L’unité SI d’enthalpie est le joule (J). Il s’agit de l’énergie contenue dans le système, à l’exclusion de l’énergie cinétique de mouvement du système dans son ensemble et de l’énergie potentielle du système dans son ensemble en raison des champs de force externes. Il s’agit de la quantité thermodynamique équivalente au contenu calorifique total d’un système.

D’un autre côté, l’énergie peut être stockée dans les liaisons chimiques entre les atomes qui composent les molécules. Ce stockage d’énergie au niveau atomique comprend l’énergie associée aux états orbitaux des électrons, au spin nucléaire et aux forces de liaison dans le noyau.

L’enthalpie est représentée par le symbole H , et le changement d’enthalpie (delta H) dans un processus est 2 – H 1 .

Il existe des expressions en termes de variables plus familières telles que la température et la pression :

dH = C p dT + V (1-αT) dp

Où p est la capacité thermique à pression constante et α est le coefficient de dilatation thermique (cubique). Pour un gaz parfait αT = 1 et donc:

dH = C p dT

Exemple: Piston sans friction – Chaleur – Enthalpie

Enthalpie - Exemple - Un piston sans friction
Calculez la température finale, si 3000 kJ de chaleur sont ajoutés.

Un piston sans frottement est utilisé pour fournir une pression constante de 500 kPa en une vapeur contenant de cylindre ( vapeur surchauffée ) d’un volume de 2 m 3  à 500 K . Calculez la température finale, si 3000 kJ de chaleur sont ajoutés.

Solution:

En utilisant des tables à vapeur, nous savons que l’ enthalpie spécifique de cette vapeur (500 kPa; 500 K) est d’environ 2912 kJ / kg . Étant donné qu’à cette condition, la vapeur a une densité de 2,2 kg / m 3 , alors nous savons qu’il y a environ 4,4 kg de vapeur dans le piston à l’enthalpie de 2912 kJ / kg x 4,4 kg = 12812 kJ .

Lorsque nous utilisons simplement Q = H 2 – H 1 , l’enthalpie de vapeur résultante sera alors:

2 = H 1 + Q = 15812 kJ

A partir des tables à vapeur , une telle vapeur surchauffée (15812 / 4,4 = 3593 kJ / kg) aura une température de 828 K (555 ° C) . Comme à cette enthalpie, la vapeur a une densité de 1,31 kg / m 3 , il est évident qu’elle a augmenté d’environ 2,2 / 1,31 = 1,67 (+ 67%). Par conséquent, le volume résultant est de 2 m 3 x 1,67 = 3,34 m 3 et ∆V = 3,34 m 3 – 2 m 3 = 1,34 m 3 .

La partie p∆V de l’enthalpie, c’est-à-dire le travail effectué est:

W = p∆V = 500 000 Pa x 1,34 m 3 = 670 kJ

Enthalpie en unités intensives – Enthalpie spécifique

L’ enthalpie peut être transformée en une variable intensive ou spécifique , en la divisant par la masse . Les ingénieurs utilisent l’ enthalpie spécifique dans l’analyse thermodynamique plus que l’enthalpie elle-même. L’enthalpie spécifique (h) d’une substance est son enthalpie par unité de masse. Elle est égale à l’enthalpie totale (H) divisée par la masse totale (m).

h = H / m

où:

h = enthalpie spécifique (J / kg)

H = enthalpie (J)

m = masse (kg)

Notez que l’enthalpie est la quantité thermodynamique équivalente au contenu calorifique total d’un système. L’enthalpie spécifique est égale à l’ énergie interne spécifique du système plus le produit de la pression et du volume spécifique .

h = u + pv

En général, l’enthalpie est une propriété d’une substance , comme la pression, la température et le volume, mais elle ne peut pas être mesurée directement. Normalement, l’enthalpie d’une substance est donnée par rapport à une valeur de référence. Par exemple, l’enthalpie spécifique de l’eau ou de la vapeur est donnée en utilisant la référence selon laquelle l’enthalpie spécifique de l’eau est nulle à 0,01 ° C et à la pression atmosphérique normale , où L = 0,00 kJ / kg . Le fait que la valeur absolue de l’enthalpie spécifique ne soit pas connue n’est cependant pas un problème, car c’est le changement d’enthalpie spécifique (∆h) et non la valeur absolue qui est important dans les problèmes pratiques.

Changements d’enthalpie dans les réactions chimiques

Combustion d'hydrogène
Dans une flamme d’hydrogène pur, brûlant dans l’air, l’hydrogène (H2) réagit avec l’oxygène (O2) pour former de l’eau (H2O) et libère de l’énergie.

Considérez la combustion de l’hydrogène dans l’air. Dans une flamme d’hydrogène gazeux pur, brûlant dans l’air, l’ hydrogène (H 2 ) réagit avec l’  oxygène (O 2 ) pour former de l’ eau (H 2 O) et libère de l’énergie .

Énergétiquement, le processus peut être considéré comme nécessitant de l’énergie pour dissocier le 2  et l’ 2 , mais la liaison du H 2 O ramène le système à un état lié avec un potentiel négatif . Il est en fait plus négatif que les états liés des réactifs, et la formation des deux molécules d’eau est donc une réaction exothermique , qui libère 5,7 eV d’énergie. En termes d’enthalpie, l’enthalpie de combustion est de -286 kJ / mol:

2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (g)

En termes d’enthalpie, l’enthalpie de combustion est de -286 kJ / mol (énergie par mol d’hydrogène moléculaire):

2H 2 (g) + O 2 (g) → 2H 2 O (l) +572 kJ

L’équilibre énergétique avant et après la réaction peut être illustré schématiquement par l’état dans lequel tous les atomes sont libres pris comme référence pour l’énergie.

Enthalpie de vaporisation

Chaleur latente de vaporisation - eau à 0,1 MPa, 3 MPa, 16 MPa
La chaleur de vaporisation diminue avec l’augmentation de la pression, tandis que le point d’ébullition augmente. Elle disparaît complètement à un certain point appelé le point critique.

En général, lorsqu’un matériau change de phase du solide au liquide, ou du liquide au gaz, une certaine quantité d’énergie est impliquée dans ce changement de phase. En cas de changement de phase liquide en gaz, cette quantité d’énergie est connue sous le nom d’ enthalpie de vaporisation , (symbole ∆H vap ; unité: J) également connue sous le nom de chaleur (latente) de vaporisation ou chaleur d’évaporation. La chaleur latente est la quantité de chaleur ajoutée ou retirée d’une substance pour produire un changement de phase. Cette énergie décompose les forces d’attraction intermoléculaires, et doit également fournir l’énergie nécessaire à l’expansion du gaz (le travail pΔV). Lorsque de la chaleur latente est ajoutée, aucun changement de température ne se produit. L’enthalpie de vaporisation est fonction de la pression à laquelle cette transformation a lieu.

Chaleur latente de vaporisation – eau à 0,1 MPa (pression atmosphérique)

lg = 2257 kJ / kg

Chaleur latente de vaporisation – eau à 3 MPa (pression à l’intérieur d’un générateur de vapeur)

lg = 1795 kJ / kg

Chaleur latente de vaporisation – eau à 16 MPa (pression à l’intérieur d’un pressuriseur )

lg = 931 kJ / kg

La chaleur de vaporisation diminue avec l’augmentation de la pression, tandis que le point d’ébullition augmente. Elle disparaît complètement à un certain point appelé le point critique . Au-dessus du point critique, les phases liquide et vapeur sont indiscernables et la substance est appelée fluide supercritique .

La chaleur de vaporisation est la chaleur nécessaire pour vaporiser complètement une unité de liquide saturé (ou condenser une unité de masse de vapeur saturée) et elle est égale à lg = h g – h l .

La chaleur nécessaire pour faire fondre (ou geler) une masse unitaire à la substance à pression constante est la chaleur de fusion et est égale à sl = h l – h s , où h s est l’enthalpie du solide saturé et h l est l’enthalpie du liquide saturé.

Changements de phase - enthalpie de vaporisation
Chaleur latente de vaporisation – eau à 0,1 MPa. Partie dominante de la chaleur absorbée.

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci