Hvorfor kan entalpy ikke måles direkte? + Eksempel

Hvorfor kan entalpy ikke måles direkte? + Eksempel
Anonim

Fordi det er en funktion af variabler, der ikke alle kaldes Naturlige Variabler. De naturlige variabler er dem, vi kan måle let fra direkte målinger, som bind, tryk, og temperatur.

T: Temperatur

V: bind

P: Tryk

S: Entropi

G: Gibbs 'fri energi

H: Enthalpy

Nedenfor er en noget streng afledning, der viser, hvordan vi kan måle Enthalpy, endog indirekte. Til sidst kommer vi til et udtryk, der lader os måle enthalpien ved en konstant temperatur!

Enthalpy er en funktion af Entropi, Tryk, Temperatur og Volumen, med Temperatur, Tryk og Volumen som dets naturlige variabler under denne Maxwell-relation:

#H = H (S, P) #

#dH = TdS + VdP # (Ækv. 1) - Maxwell relation

Vi behøver ikke bruge denne ligning her; punktet er, vi kan heller ikke direkte måle Entropi (vi har ikke en "varmestrøm-o-meter"). Så vi skal finde en måde at måle Enthalpy ved hjælp af andre variabler.

Da Enthalpy er almindeligt defineret i sammenhæng med temperatur og tryk, overvej den fælles ligning for Gibbs 'fri energi (en funktion af temperatur og tryk) og dets Maxwell-forhold:

#DeltaG = DeltaH - TDeltaS # (Ækv. 2)

#dG = dH - TdS # (Ækv. 3) - Forskellige formularer

#dG = -SdT + VdP # (Ækv. 4) - Maxwell relation

Herfra kan vi skrive det partielle derivat med hensyn til tryk ved konstant temperatur ved hjælp af Eq. 3:

T = ((deltaH) / (deltaP)) _ T-T ((deltaS) / (deltaP)) _ T # (Ækv. 5)

Brug af ækv. 4, kan vi tage det første partielle derivat vi ser i Eq. 5 (for Gibbs). # -SdT # bliver 0 siden #DeltaT = 0 #, og # DeltaP # bliver opdelt.

# ((deltaG) / (deltaP)) _ T = V # (Ækv. 6)

Og en anden ting, vi kan skrive, da G er en statsfunktion, er cross-derivaterne fra Maxwell-forholdet for at finde ud af entropi halvdelen af Eq. 5:

# - ((deltaS) / (deltaP)) _ T = ((deltaV) / (deltaT)) _ P # (Æq. 7)

Endelig kan vi tilslutte Eqs. 6 og 7 ind i ækv. 5:

#V = ((deltaH) / (deltaP)) _T + T ((deltaV) / (deltaT)) _P # (Ækv. 8-1)

Og yderligere forenkle det:

# ((deltaH) / (deltaP)) _ T = V - T ((deltaV) / (deltaT)) _P # (Ækv. 8-2)

Sådan der! Vi har en funktion, der beskriver, hvordan man måler entalpy "direkte".

Hvad dette siger er, at vi kan begynde med at måle volumenændringen af en gas, da temperaturen ændres i et konstant trykmiljø (såsom et vakuum). Så har vi det # ((DeltaV) / (DeltaT)) _ P #.

Bagefter, for at tage det videre, kan du multiplicere med # DP # og integrere fra første til andet tryk. Derefter kan du få entalpyændring ved en bestemt temperatur ved at variere fartøjets tryk.

#DeltaH = int_ (P_1) ^ (P_2) V - T ((deltaV) / (deltaT)) _P dP # (Ækv. 9)

Og som et eksempel kan du anvende den ideelle gas lov og få # ((deltaV) / (deltaT)) P = ((delta) / (deltaT) ((nRT) / P)) P = (nR) / P #

Du kan fortælle, at den ideelle gas gør det så

#DeltaH = int_ (P_1) ^ (P_2) V - V dP = 0 #

hvilket betyder, at Enthalpy kun er afhængig af temperatur for en ideel gas! Neat.