Entalpi(dari bahasa Yunani. entalpo- I panas) adalah sifat suatu zat yang menunjukkan jumlah energi yang dapat diubah menjadi panas.

Entalpi- ini properti termodinamika suatu zat, yang menunjukkan tingkat energi yang tersimpan dalam struktur molekulnya. Ini berarti bahwa sementara materi dapat memiliki energi berdasarkan suhu dan tekanan, tidak semuanya dapat diubah menjadi panas. Bagian dari energi internal selalu tetap berada dalam substansi dan mempertahankannya. struktur molekul. Bagian dari energi kinetik suatu zat tidak tersedia ketika suhunya mendekati suhu lingkungan. Akibatnya, entalpi adalah jumlah energi yang tersedia untuk diubah menjadi panas pada suhu dan tekanan tertentu.

Satuan entalpi adalah BTU atau Joule untuk energi dan Btu/lbm atau J/kg untuk energi spesifik.

Besaran entalpi

Besarnya entalpi suatu zat didasarkan pada suhu tertentu.

Suhu yang diberikan adalah nilai yang dipilih oleh para ilmuwan dan insinyur sebagai dasar perhitungan. Ini adalah suhu di mana entalpi suatu zat adalah nol J. Dengan kata lain, zat tersebut tidak memiliki energi yang tersedia, yang dapat diubah menjadi panas. Suhu ini pada berbagai zat berbeda. Misalnya, suhu air yang diberikan adalah titik tripel (0 °C), nitrogen adalah 150 °C, dan refrigeran metana dan etana adalah 40 °C.

Jika suhu suatu zat di atas suhu tertentu, atau berubah wujud menjadi gas pada suhu tertentu, entalpinya dinyatakan sebagai nomor positif. Sebaliknya, pada suhu di bawah entalpi tertentu suatu zat dinyatakan sebagai bilangan negatif. Entalpi digunakan dalam perhitungan untuk menentukan perbedaan tingkat energi antara dua keadaan. Ini diperlukan untuk mengatur peralatan dan menentukan koefisien tindakan yang bermanfaat proses.

Entalpi sering didefinisikan sebagai energi total suatu zat, karena sama dengan jumlah energi dalamnya (u) dalam status yang diberikan bersama dengan kemampuannya untuk menyelesaikan pekerjaan ( pv ). Namun pada kenyataannya, entalpi tidak menunjukkan energi total suatu zat pada suhu tertentu di atas nol mutlak (-273°C). Oleh karena itu, alih-alih mendefinisikan entalpi sebagai panas total suatu zat, lebih akurat untuk mendefinisikannya sebagai total energi yang tersedia dari suatu zat yang dapat diubah menjadi panas.

H=U+pV ,

di mana V adalah volume sistem. Diferensial penuh entalpi memiliki bentuk:

dH = TdS + Vdp

Saat bekerja dengan perhitungan, perhitungan, dan peramalan berbagai fenomena yang terkait dengan rekayasa panas, setiap orang dihadapkan pada konsep entalpi. Tetapi bagi orang-orang yang spesialisasinya tidak berhubungan dengan teknik tenaga termal atau yang hanya secara dangkal menemukan istilah-istilah seperti itu, kata "entalpi" akan menimbulkan ketakutan dan kengerian. Jadi, mari kita lihat apakah semuanya benar-benar menakutkan dan tidak bisa dipahami?

Jika kita mencoba mengatakannya secara sederhana, istilah entalpi mengacu pada energi yang tersedia untuk diubah menjadi panas pada tekanan konstan tertentu. Istilah entalpi dalam bahasa Yunani berarti "Saya panas". Yaitu, rumus yang mengandung jumlah dasar energi dalam dan usaha yang dilakukan disebut entalpi. Nilai ini dilambangkan dengan huruf i.

Jika kita menulis di atas besaran fisika, ubah dan turunkan rumusnya, Anda mendapatkan i = u + pv (di mana u adalah energi internal; p, u adalah tekanan dan volume spesifik fluida kerja dalam keadaan yang sama dengan nilai energi internal yang diambil). Entalpi adalah fungsi aditif, yaitu entalpi seluruh sistem sama dengan jumlah semua bagian penyusunnya.

Istilah "entalpi" itu kompleks dan beragam.

Tetapi jika Anda mencoba memahaminya, maka semuanya akan berjalan sangat sederhana dan jelas.

• Pertama, untuk memahami apa itu entalpi, perlu diketahui definisi umum, yang kami lakukan.
• Kedua, ada baiknya menemukan mekanisme kemunculan unit fisik ini, untuk memahami dari mana asalnya.
• Ketiga, Anda perlu menemukan koneksi dengan orang lain unit fisik yang terkait erat dengan mereka.
• Dan terakhir, keempat, Anda perlu melihat contoh dan rumusnya.

Nah, nah, mekanisme kerjanya jelas. Anda hanya perlu membaca dan memahami dengan cermat. Kami telah berurusan dengan istilah "Enthalpy", kami juga telah memberikan rumusnya. Tetapi pertanyaan lain segera muncul: dari mana rumus ini berasal dan mengapa entropi dikaitkan, misalnya, dengan energi dan tekanan internal?

Esensi dan artinya

Untuk mencoba dan mencari tahu arti fisik konsep "entalpi" Anda perlu mengetahui hukum pertama termodinamika:

energi tidak menghilang ke mana-mana dan tidak muncul dari ketiadaan, tetapi hanya berpindah dari satu bentuk ke bentuk lain dalam jumlah yang sama. Contohnya adalah transisi panas (energi termal) menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

Kita perlu mengubah persamaan hukum pertama termodinamika ke dalam bentuk dq = du + pdv = du + pdv + vdp - vdp = d(u + pv) - vdp. Dari sini kita melihat ekspresi (u + pv). Ekspresi inilah yang disebut entalpi ( rumus lengkap diberikan di atas).

Entalpi juga merupakan besaran keadaan, karena komponen u (tegangan) dan p (tekanan), v (volume spesifik) memiliki untuk setiap besaran nilai-nilai tertentu. Mengetahui hal ini, hukum pertama termodinamika dapat ditulis ulang dalam bentuk: dq = di - vdp.

PADA termodinamika teknis nilai entalpi digunakan, yang dihitung dari nol yang diterima secara konvensional. Semua nilai mutlak Jumlah ini sangat sulit untuk ditentukan, karena untuk ini semua komponen energi internal suatu zat harus diperhitungkan ketika keadaannya berubah dari O ke K.

Rumus dan nilai entalpi diberikan pada tahun 1909 oleh ilmuwan G. Kamerling-Onnes.

Dalam ekspresi i adalah entalpi spesifik, untuk seluruh massa tubuh, entalpi total dilambangkan dengan huruf I, menurut sistem dunia entalpi satuan diukur dalam Joule per kilogram dan dihitung sebagai:

Fungsi

Entalpi ("E") adalah salah satu fungsi tambahan, berkat penggunaannya dimungkinkan untuk menyederhanakan perhitungan termodinamika secara signifikan. Sebagai contoh, jumlah yang banyak proses pasokan panas dalam rekayasa tenaga termal (di ketel uap atau ruang bakar turbin gas dan mesin jet, serta di penukar panas) dilakukan pada tekanan konstan. Untuk alasan ini, nilai entalpi biasanya diberikan dalam tabel sifat termodinamika.

Kondisi konservasi entalpi mendasari, khususnya, teori Joule-Thomson. Atau efek yang dianggap penting penggunaan praktis saat mencairkan gas. Jadi, entalpi adalah energi total dari sistem yang diperluas, yang merupakan jumlah dari energi internal dan eksternal - energi potensial tekanan. Seperti parameter keadaan apa pun, entalpi dapat ditentukan oleh pasangan parameter keadaan bebas apa pun.

Juga, berdasarkan rumus di atas, kita dapat mengatakan: "E" reaksi kimia sama dengan jumlah entalpi pembakaran bahan awal dikurangi jumlah entalpi pembakaran produk reaksi.
PADA kasus umum perubahan energi sistem termodinamika tidak kondisi yang diperlukan untuk mengubah entropi sistem ini.

Jadi, di sini kita telah menganalisis konsep "entalpi". Perlu dicatat bahwa "E" terkait erat dengan entropi, yang juga dapat Anda baca nanti.

Entalpi adalah sifat materi yang menunjukkan jumlah energi yang dapat diubah menjadi panas.

Entalpi adalah sifat termodinamika suatu zat yang menunjukkan tingkat energi disimpan dalam struktur molekulnya. Ini berarti bahwa meskipun materi dapat memiliki energi berdasarkan , tidak semuanya dapat diubah menjadi panas. Bagian dari energi internal selalu tetap dalam materi dan mempertahankan struktur molekulnya. Bagian dari zat tidak dapat diakses ketika suhunya mendekati suhu lingkungan. Akibatnya, entalpi adalah jumlah energi yang tersedia untuk diubah menjadi panas pada suhu dan tekanan tertentu. Satuan entalpi- Unit termal Inggris atau joule untuk energi dan Btu/lbm atau J/kg untuk energi spesifik.

Jumlah entalpi

Kuantitas entalpi materi berdasarkan suhu yang diberikan. Suhu yang diberikan adalah nilai yang dipilih oleh para ilmuwan dan insinyur sebagai dasar perhitungan. Ini adalah suhu di mana entalpi suatu zat adalah nol J. Dengan kata lain, zat tersebut tidak memiliki energi yang tersedia yang dapat diubah menjadi panas. Suhu ini berbeda untuk zat yang berbeda. Misalnya, suhu air ini adalah titik tripel (0 °C), nitrogen adalah -150 °C, dan zat pendingin berdasarkan metana dan etana adalah -40 °C.

Jika suhu suatu zat di atas suhu tertentu, atau berubah wujud menjadi gas pada suhu tertentu, entalpi dinyatakan sebagai bilangan positif. Sebaliknya, pada suhu di bawah entalpi tertentu suatu zat dinyatakan sebagai bilangan negatif. Entalpi digunakan dalam perhitungan untuk menentukan perbedaan tingkat energi antara dua keadaan. Ini diperlukan untuk menyiapkan peralatan dan menentukan efek menguntungkan dari proses tersebut.

entalpi sering didefinisikan sebagai energi total materi, karena itu sama dengan jumlah energi internalnya (u) dalam keadaan tertentu, bersama dengan kemampuannya untuk melakukan pekerjaan (pv). Namun pada kenyataannya, entalpi tidak menunjukkan energi total suatu zat pada suhu tertentu di atas nol mutlak(-273°C). Oleh karena itu, alih-alih mendefinisikan entalpi sebagai panas total suatu zat, lebih tepatnya didefinisikan sebagai jumlah total energi yang tersedia dari suatu zat yang dapat diubah menjadi panas.
H=U+pV

entalpi. elemen iniSaya- dSaya mendedikasikan diagram topik terpisah, karena bagi saya elemen ini paling sedikit dipahami di antara yang lain ( suhu, kadar air dan kelembaban relatif) dan membutuhkan analisis konsep terkait lainnya.
Duplikat gambar dari artikel sebelumnya :

Saya tidak akan masuk jauh ke dalam terminologi, saya hanya akan mengatakan bahwa saya memahami entalpi udara sebagai energi yang disimpan oleh volume tertentu dari udara itu sendiri. Energi ini bersifat potensial, yaitu dalam keadaan setimbang, udara tidak mengeluarkan energi ini dan tidak menyerapnya dari sumber lain.

Saya bahkan tidak akan memberikan contoh untuk memperjelas definisi saya ( meskipun aku ingin), karena menurut saya akan membingungkan dan menyesatkan.

Langsung ke intinya - apa hal terpenting yang dapat kita ambil dari entalpi? - saya jawab - energi ( atau jumlah panas), yang harus dipindahkan ke udara untuk memanaskannya atau dibawa pergi untuk mendinginkannya ( atau tiriskan).

Misalnya, kami memiliki tugas - untuk menghitung daya apa yang kami butuhkan pemanas untuk memasok 1.200 m3 / jam udara luar ruangan yang dipanaskan hingga suhu plus 20 derajat di musim gugur atau musim semi. Suhu desain udara luar selama periode transisi - ditambah 10 derajat pada entalpi 26,5 kJ / kg ( menurut SP 60.13330.2012).

Tugasnya mudah diselesaikan. Untuk memecahkan masalah sederhana seperti itu menggunakan bagan i-d, kita perlu memperkenalkan ke tingkat pemahaman unit pengukuran beberapa besaran fisik:
1) Entalpi - kilojoule/kilogram. Itu adalah jumlah energi potensial dalam satu kilogram udara. Semuanya sederhana di sini - jika entalpinya 20, maka ini berarti bahwa dalam satu kilogram udara ini ada 20 kilojoule panas potensial atau 20.000 joule.
2) Daya pemanas adalah Watt, tetapi pada saat yang sama, watt dapat diuraikan menjadi Joule / detik. Artinya, berapa banyak energi yang dapat diberikan pemanas dalam satu detik. Bagaimana lebih banyak energi kita dapat memberikan pemanas dalam sedetik, semakin kuat itu. Dan di sini semuanya sederhana.

Jadi kita ambilSaya- dbagan dan letakkan di atasnya titik udara luar. Setelah itu, kita menggambar garis lurus ke atas ( udara dipanaskan tanpa mengubah kadar air).

Kami mendapat poinj- ddiagram dengan suhu plus 20 derajat dan entalpi 36,5 kJ / kg. Muncul pertanyaan - apa yang harus kita lakukan dengan informasi sialan ini?! :)

Pertama, mari kita perhatikan fakta bahwa kami melakukan semua operasi dengan satu kilogram udara ( ini secara tidak langsung dilihat dari satuan entalpi kJ/ kg ).

Kedua, kami memiliki satu kilogram udara dengan 26,5 kJ, dan sekarang dengan energi potensial 36,5 kJ. Artinya, 10 kJ dilaporkan ke satu kilogram udara agar suhunya naik dari plus 10 derajat ke plus dua puluh.

Selanjutnya, kita ubah 1200 m 3 / jam menjadi kg / s ( kilogram/detik, karena pada Saya - d grafik menggunakan unit-unit ini ), mengalikan 1200 dengan 1,25 kg / m 3 ( satu meter kubik udara sepuluh derajat beratnya 1,25 kilogram) yang akan memberi kita 1500 kg/jam dan kemudian dibagi dengan 3600 ( perhatikan logika transfer antar sistem - kita bagi dengan 3600 bukan karena kita menghafal atau menghafalnya, tetapi karena dalam satu detik kita akan memiliki udara dalam waktu kurang dari satu jam, kurang dari 3600 kali) kita mendapatkan total 0,417 kg/s.

Pindah. Kami mendapatkan 0,417 kg udara yang lewat dalam satu detik. Dan kita tahu bahwa setiap kilogram perlu ditransfer ( melaporkan) 10 kJ untuk memanaskannya hingga suhu ditambah 20 derajat. Kami melaporkan dengan mengalikan 0,417 kg / s dengan 10 kJ / kg, dan mendapatkan 4,17 kJ / s ( kilogram berkurang) atau 4170 J/s, yang sama dengan 4170 W ( didefinisikan oleh kami sebelumnya dalam teks). Jadi kami mendapat kekuatan pemanas kami.

pengkondisian

Pendinginan mengikuti prinsip yang sama, tetapi hanya sedikit lebih rumit karena pelepasan uap air dari udara.

Pelepasan kelembaban ( kondensat) dari udara terjadi ketika suhu udara selama pendinginan mencapai titik embun pada garis kelembaban relatif 100%. Dalam artikel sebelumnya, saya menjelaskan proses ini:

Tampaknya tidak ada yang rumit - kami mendinginkan udara dengan suhu plus 20 derajat dan kelembaban relatif 50% hingga plus 12 derajat ( seperti yang biasanya terjadi dalam sistem split), menarik garis lurus vertikal ke bawah dari titik 20 derajat udara ke titik 12 derajat udara.

Dan yang kami lihat adalah tidak ada pelepasan kelembapan. Kadar air tetap tingkat yang sama- 8 gram/kg. Tetapi kita tahu bahwa selama pengoperasian AC ada pelepasan uap air yang melimpah ( kondensat secara aktif menetes dari pipa drainase, dibawa ke fasad bangunan) - fakta ini dikonfirmasi oleh pengamatan berulang terhadap seseorang yang berjalan di sepanjang jalan musim panas.

Timbul pertanyaan - dari mana datangnya kelembaban? Jawaban: faktanya adalah bahwa tabung tembaga melewati unit indoor AC, yang didinginkan oleh refrigeran hingga suhu di bawah plus 12 derajat, dan sehubungan dengan ini, udara yang didinginkan dibagi menjadi beberapa lapisan dengan suhu yang berbeda, kira-kira seperti pada gambar di bawah ini ( misalkan tabung didinginkan hingga ditambah 5 derajat). Saya harus segera mengatakan bahwa ini adalah gambar yang jauh dari kenyataan, tetapi menunjukkan arti umum dari kata-kata yang saya katakan di atas ( tolong jangan memarahi saya untuk itu)

Oleh karena itu, dari udara yang bersentuhan dengan tabung ( dan sirip) dan kelembaban dilepaskan. Dan udara yang tidak sempat mendingin ke titik embun, atau berhasil, tetapi menghindari kontak dengan permukaan yang dingin, melewati proses pelepasan uap air dan membawa jumlah uap air yang sama seperti yang dibawa sebelum pendinginan ( faktanya).

Untuk melakukan garis lurus yang benar dari proses pendinginan udara sedemikian dingin ( di mana suhu refrigeran di bawah suhu titik embun), kita perlu memperhitungkan setiap aliran udara dengan parameter termal dan kelembaban udara yang berbeda dan menemukan pada grafik titik pencampuran dari semua aliran ini - yang menurut saya tidak realistis ( Saya hanya tidak punya otak untuk itu)! Tetapi…

Saya datang dengan solusi ini Aku mungkin bukan satu-satunya) - kami memiliki suhu udara yang masuk, ada suhu refrigeran dan ada suhu udara yang diterima, dan saya percaya bahwa cukup bagi kami untuk menarik garis untuk proses pendinginan bagian udara untuk ditambah 5 derajat dan menemukan titik pencampuran 5 derajat udara dan 20 derajat udara. Artinya, saya berasumsi bahwa melewati unit indoor AC, udara dibagi menjadi dua aliran - yang didinginkan hingga plus lima derajat dan memberi kita bilangan terbesar uap air, dan satu yang tidak didinginkan sama sekali, dan di pintu keluar kedua aliran ini bercampur dan membentuk aliran udara dengan suhu plus 12 derajat dan kadar air tertentu.

Saya percaya bahwa untuk mencapai tujuan yang saya kejar, hasil yang diperoleh dengan penyederhanaan seperti itu sudah cukup memadai. Dan apa tujuan saya?

Tujuan pertama adalah menentukan dehumidifikasi maksimum untuk merancang sistem drainase kondensat ( Hal ini terutama berlaku untuk sistem pendingin udara, yang mencakup dua atau lebih unit pendingin.)

Tujuan kedua adalah untuk memperhitungkan jumlah dingin yang digunakan untuk mentransfer air dari keadaan gas menjadi cair ( untuk kondensasi kelembaban; disebut kapasitas pendinginan tersembunyi ). Hal ini terutama berlaku saat pendinginan disipasi panas) di daerah basah. Misalnya, kita perlu mengeluarkan 2 kW panas dari pompa tertentu, yang dilepaskannya ke dalam ruangan. Jika kita tidak memperhitungkan bahwa ruangan itu lembab ( basah, untuk alasan apa pun) dan memasang sistem split 2,5 kW di dalam ruangan, maka kita bisa mendapatkan ( dalam kondisi tertentu), bahwa sistem split menghabiskan 1 kW hanya untuk mengubah uap menjadi uap air, dan menghabiskan 1,5 kW yang tersisa untuk menghilangkan panas berlebih, yaitu 500 W kurang dari yang dibutuhkan, dan yang dapat menyebabkan pompa terlalu panas dan kegagalan awal .

Jadi, kami membagi aliran menjadi dua aliran, salah satunya didinginkan menjadi plus lima - segmen 1-2, dan yang lainnya dibiarkan tidak tersentuh - titik 1.

Kami mencampur dua aliran ini, menyatukan titik-titik yang dihasilkan dari garis 1-3-2, dan menemukan titik 12 derajat kami pada garis yang dihasilkan.

Garis lurus 1-3 kita biarkan sebagai garis proses pendinginan udara di dalam dry cooler dari suhu plus 20 derajat hingga plus 12 derajat dengan keluarnya kondensat.

Ke cari tahu jumlah kondensat yang jatuh pada sirip dan tabung pendingin kita perlu mengurangi kadar air udara yang dihasilkan dari kadar air udara mentah 7,3 g/kg - 6,3 g/kg. Akibatnya, kita mendapatkan bahwa 1 gram kondensat akan dilepaskan dari setiap kilogram udara yang melewati pendingin. Untuk mengetahui laju aliran kondensat, kita perlu mengetahui berapa kilogram udara yang melewati penukar panas dalam waktu tertentu. Misalnya, jika kita perlu mendinginkan 1400 m 3 / jam udara dari suhu plus 20 derajat dengan kelembaban relatif 50% ke suhu plus 12 derajat, maka kita akan menerjemahkan 1400 m 3 / jam menjadi 1680 kg / h dan mendapatkan 1680 gram kondensat ( satu gram untuk setiap kilogram udara), yang sama dengan 0,47 g/s ( gram/detik) dan 0,47 * 10 -3 kg/dtk.

Kapasitas pendinginan total terletak dengan cara yang sama seperti kita mencari keluaran panas dari pemanas tadi. Kami mengambil entalpi titik pangkal 28 kJ/kg, kurangi dari itu entalpi titik akhir 38,5 kJ/kg, dapatkan bilangan negatif 10,5 kJ/kg ( minus menunjukkan bahwa energi diberikan ke refrigeran). Kami mengubah 1680 kg / jam menjadi kilogram / detik, yang akan sama dengan 0,47 kg / s. Hasilnya, kami mendapatkan 4,935 kJ / s, yang sama dengan daya 4,935 kW.

Berlangganan ke saya Saluran YoutubeFAN-tastiK - saluran tentang desain ventilasi, AC, dan pemanas

Jika diperlukan tentukan kapasitas pendinginan laten, Anda dapat menemukannya, mulai dari jumlah kondensat yang dilepaskan, menggunakan panas spesifik penguapan:
Panas yang dibutuhkan untuk mengembunkan uap air ditemukan dengan rumus:Q = L * m,
di manaL - panas spesifik penguapan;m - massa kelembaban.
L air sama dengan : 2260 kJ/kg.

Untuk mengubah 0,47 gram air dari wujud gas menjadi keadaan cair per detik kita membutuhkan 2260 J * 10 3 * 0,47 kg / s * 10 -3 \u003d 1063 J / s, yang sama dengan 1063 watt.

Jadi kapasitas pendinginan laten proses ini sama dengan 1063 watt.

itu semua

Sebenarnya, hanya ini yang ingin saya bahas dalam artikel ini. Tolong jangan memarahi saya karena penyederhanaan naif dari apa yang telah saya jelaskan - saya mencoba menjelaskan kepada diri saya sendiri terlebih dahulu - apa itu entalpi dan bagaimana menggunakannya. Saya harap Anda menemukannya menarik dan bermanfaat. Terima kasih atas perhatian Anda.

P.S. Artikel ini sama sekali tidak panduan belajar. Ini hanya pandangan subjektif saya tentang masalah ini. Saya bahkan akan mengatakan - setiap kata yang ditulis dalam artikel ini salah. Informasi yang layak menyandang gelar " kebenaran ilmiah"Lihat di buku pelajaran.

Entalpi, juga fungsi termal dan kandungan panas, adalah potensial termodinamika yang mencirikan keadaan sistem dalam kesetimbangan termodinamika ketika tekanan, entropi, dan jumlah partikel dipilih sebagai variabel bebas.

Sederhananya, entalpi adalah energi yang tersedia untuk diubah menjadi panas pada suhu dan tekanan tertentu.

Definisi besaran ini adalah identitasnya: H=U+PV

Satuan entalpi adalah J/mol.

Dalam kimia, yang paling umum proses isobarik (P= konstanta), dan efek termal dalam hal ini disebut perubahan entalpi sistem atau entalpi proses :

Dalam sistem termodinamika, panas yang dilepaskan dari proses kimia dianggap negatif (proses eksotermik, H < 0), а поглощение системой теплоты соответствует эндотермическому процессу, ΔH > 0.

Entropi

dan untuk spontan

Ketergantungan perubahan entropi pada suhu dinyatakan oleh hukum Kirchhoff:

Untuk sistem yang terisolasi, perubahan entropi adalah kriteria untuk kemungkinan proses spontan. Jika , maka prosesnya mungkin; jika, maka prosesnya tidak mungkin ke arah depan; jika, maka sistem dalam keadaan setimbang.

Potensi termodinamika. Energi bebas Gibbs dan Helmholtz.

Untuk mengkarakterisasi proses yang terjadi dalam sistem tertutup, kami memperkenalkan fungsi keadaan termodinamika baru: potensial isobarik-isotermal (energi bebas Gibbs G) dan potensial isokhorik-isotermal (energi bebas Helmholtz F).

Untuk sistem tertutup di mana proses kesetimbangan dilakukan pada suhu dan volume konstan, kami menyatakan pekerjaan proses ini. Yang kami nyatakan dengan A max (karena kerja dari proses yang dilakukan dalam kesetimbangan adalah maksimum):

A maks =T∆S-∆U

Kami memperkenalkan fungsi F=U-TS-isokhorik-isotermal potensial, yang menentukan arah dan batas aliran spontan proses dalam sistem tertutup di bawah kondisi isokhorik-isotermal dan memperoleh:

Perubahan energi Helmholtz hanya ditentukan oleh keadaan awal dan akhir sistem dan tidak bergantung pada sifat proses, karena ditentukan oleh dua fungsi keadaan: U dan S. Ingat bahwa jumlah kerja yang diterima atau yang dikeluarkan mungkin bergantung pada metode pelaksanaan proses selama transisi sistem dari keadaan awal ke keadaan akhir, tetapi tidak mengubah fungsinya.

Sistem tertutup dalam kondisi isobarik-isotermal dicirikan oleh potensial isobarik-isotermal G:

Energi diferensial Gibbs untuk sistem dengan jumlah partikel yang konstan, dinyatakan dalam variabel eigen - melalui tekanan p dan suhu T:

Untuk sistem dengan variabel jumlah partikel, diferensial ini ditulis sebagai berikut:

Di sini, adalah potensial kimia, yang dapat didefinisikan sebagai energi yang harus dikeluarkan untuk menambahkan satu partikel lagi ke sistem.

Analisis persamaan G=∆H-T∆S memungkinkan Anda untuk menentukan faktor mana yang membentuk energi Gibbs yang bertanggung jawab atas arah reaksi kimia, entalpi (ΔH) atau entropi (ΔS · T).

Jika H< 0 и ΔS >0, maka selalu G< 0 и реакция возможна при любой температуре.

Jika H > 0 dan S< 0, то всегда ΔG >0, dan reaksi dengan penyerapan panas dan penurunan entropi tidak mungkin terjadi dalam kondisi apa pun.

Dalam kasus lain (ΔH< 0, ΔS < 0 и ΔH >0, S > 0), tanda G bergantung pada hubungan antara H dan TΔS. Reaksi dimungkinkan jika disertai dengan penurunan potensial isobarik; pada suhu kamar, ketika T kecil, TΔS juga kecil, dan biasanya perubahan entalpi lebih besar dari TΔS. Oleh karena itu, sebagian besar reaksi yang terjadi pada suhu kamar adalah eksotermik. Semakin tinggi suhu, semakin besar TΔS, dan bahkan reaksi endotermik menjadi layak.

Energi pembentukan Gibbs standar G° dipahami sebagai perubahan energi Gibbs selama reaksi pembentukan 1 mol zat dalam keadaan standar. Definisi ini menyiratkan bahwa energi pembentukan Gibbs standar dari zat sederhana yang stabil dalam kondisi standar adalah nol.

Perubahan energi Gibbs tidak bergantung pada jalur proses, oleh karena itu, dimungkinkan untuk memperoleh nilai energi pembentukan Gibbs yang berbeda yang tidak diketahui dari persamaan di mana, di satu sisi, jumlah energi produk reaksi ditulis, dan di sisi lain, jumlah energi zat awal.

Saat menggunakan nilai energi Gibbs standar, kondisi G°< 0, а критерием принципиальной невозможности - условие ΔG° >0. Pada saat yang sama, jika energi Gibbs standar sama dengan nol, ini tidak berarti bahwa pada kondisi nyata (berbeda dari kondisi standar) sistem akan berada dalam kesetimbangan.

Kondisi untuk proses spontan dalam sistem tertutup: