Enthalpie en unités extensives
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). C’est 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 forces externes. C’est la quantité thermodynamique équivalente au contenu thermique total d’un système.
D’autre part, de l’énergie peut être stockée dans les liaisons chimiques entre les atomes qui composent les molécules. Ce stockage d’énergie au niveau atomique inclut 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 dans un processus est H 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-aT) dp
Où C p est la capacité thermique à pression constante et α le coefficient de dilatation thermique (cubique). Pour le gaz parfait, αT = 1 et donc:
dH = C p dT
Exemple: Piston sans friction – Chaleur – Enthalpie
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:
H 2 = H 1 + Q = 15812 kJ
À 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
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