Энтальпия и энтропия простым языком

Содержание

Охарактеризуйте понятия «энтропия», «энтальпия», «энергия Гиббса».
Энтальпия — что это такое простыми словами
Про энтальпию на простом языке
Суть и смысл
Функции
Энтальпия и энтропия простым языком
Функции состояния
Готовые работы на аналогичную тему
Энтальпия
Энтропия
Соотношения Максвелла
Что такое Энтропия
Определение энтропии
Формула энтропии
Энтропия в физике
Энтропия в термодинамике
Энтропия Вселенной
Энтропия идеального газа
Энтропия системы
Энтропия в химии
Разница между энтальпией и энтропией
Энтальпия
Содержание
Примеры
Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике
См. также
Источники
Примечания
Смотреть что такое «Энтальпия» в других словарях:
Видео

Охарактеризуйте понятия «энтропия», «энтальпия», «энергия Гиббса».

Энтальпия- это тепловая энергия, затраченная или выделившаяся при образовании вещества.

Энтропия (от греч. ἐντροπία — поворот, превращение) в естественных науках — мера беспорядка системы, состоящей из многих элементов. В частности, в статистической физике — мера вероятности осуществления какого-либо макроскопического состояния; в теории информации — мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит и количество информации; в исторической науке, для экспликации феномена альтернативности истории (инвариантности и вариативности исторического процесса).

Понятие энтропии впервые было введено Клаузиусом в термодинамике в 1865 году для определения меры необратимого рассеивания энергии, меры отклонения реального процесса от идеального. Определённая как сумма приведённых теплот, она является функцией состояния и остаётся постоянной при обратимых процессах, тогда как в необратимых — её изменение всегда положительно.

где dS — приращение энтропии; δQ — минимальная теплота подведенная к системе; T — абсолютная температура процесса;

Энтальпия, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня с грузом весом Р = p S, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.

Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом Eпот = pSx = pV

Таким образом, энтальпия в данном состоянии представляет собой сумму внутренней энергии тела и работы, которую необходимо затратить, чтобы тело объёмом V ввести в окружающую среду, имеющую давление р и находящуюся с телом в равновесном состоянии. Энтальпия системы H — аналогично внутренней энергии и другим термодинамическим потенциалам — имеет вполне определенное значение для каждого состояния, т. е. является функцией состояния. Следовательно, в процессе изменения состояния

Изменение энтальпии не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда ΔH = 0, или же

Дифференциал энтальпии, выраженный в собственных переменных — через энтропию S и давление p:

Поскольку в квазиравновесных процессах — количество теплоты, подведенной к системе, отсюда вытекает физический смысл введения понятия энтальпии: ее изменение — это тепло, подведенное к системе в изобарическом процессе (при постоянном давлении). Практическое применение этой функции основано на том, что множество химических процессов в реальных или лабораторных условиях реализуются именно при постоянном (атмосферном) давлении, когда резервуар открыт. Так, энтальпия образования — количество энергии, которое выделяется или поглощается при образовании сложного вещества из простых веществ.

Все химические реакции сопровождаются выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН — величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН — величина положительная.

Энтальпией системы удобно пользоваться в тех случаях, когда в качестве независимых переменных, определяющих состояние системы, выбирают давление р и температуру Т

В этом случае изменение энтальпии в изобарическом процессе практически удобно рассчитывать, зная теплоемкость при постоянном давлении Cp(T):

где Xi — обобщённая сила; yi — обобщённая координата.

Свободная энергия Гиббса (или просто энергия Гиббса, или потенциал Гиббса, или термодинамический потенциал в узком смысле) — это термодинамический потенциал следующего вида:

Энергию Гиббса можно понимать как полную химическую энергию системы (кристалла, жидкости и т. д.)

Понятие энергии Гиббса широко используется в термодинамике и химии.

Классическим определением энергии Гиббса является выражение

где U — внутренняя энергия, P — давление, V — объем, T — абсолютная температура, S — энтропия.

Для системы с переменным числом частиц этот дифференциал записывается так:

Здесь μ — химический потенциал, который можно определить как энергию, которую необходимо затратить, чтобы добавить в систему ещё одну частицу.

4. Современные человекообразные обезьяны …

a) не умеют управлять каждым пальцем руки, как человек;

б) являются предками человека;

в) имеют с человеком общего предка, жившего 18-20 млн. лет назад;

Источник

Энтальпия — что это такое простыми словами

Про энтальпию на простом языке

При работе с какими-либо расчётами, вычислениями и выполнении прогноза разнообразных явлений, связанных с теплотехникой, каждый сталкивается с понятием энтальпия. Но для людей, специальность которых не касается теплоэнергетики или которые лишь поверхностно сталкиваются с подобными терминами, слово «энтальпия» будет наводить страх и ужас. Итак, давайте разберёмся, действительно ли всё так страшно и непонятно?

Если попытаться сказать совсем просто, под термином энтальпия понимается энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при некотором постоянном давлении. Понятие энтальпия в переводе с греческого значит «нагреваю». То есть формулу, содержащую элементарную сумму внутренней энергии и произведенную работу, называют энтальпией. Эта величина обозначается буквой i.

Если записать вышесказанное физическими величинами, преобразовать и вывести формулу, то получится i = u + pv (где u – внутренняя энергия; p, u – давление и удельный объем рабочего тела в том же состоянии, для которого взято значение внутренней энергии). Энтальпия — аддитивная функция, т. е. энтальпия всей системы равна сумме всех составляющих её частей.

Термин «энтальпия» сложен и многогранен.

Но если постараться в нём разобраться, то всё пойдёт очень просто и понятно.

Ну, что же, механизм работы понятен. Вам лишь нужно внимательно читать и вникать. С термином «Энтальпии» мы уже разобрались, также привели и его формулу. Но тут же возникает ещё один вопрос: откуда взялась эта формула и почему энтропия связана, к примеру, с внутренней энергией и давлением?

Суть и смысл

Для того, чтобы попытаться выяснить физический смысл понятия «энтальпия» нужно знать первый закон термодинамики:

энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего, а лишь переходит из одного вида в другой в одинаковых количествах. Таким примером может служить переход теплоты (тепловой энергии) в механическую энергию, и наоборот.

Уравнение первого закона термодинамики нам нужно преобразить в вид dq = du + pdv = du + pdv + vdp – vdp = d(u + pv) – vdp. Отсюда мы видим выражение (u + pv). Именно это выражение и называется энтальпией (полная формула приводилась выше).

Энтальпия также является величиной состояния, потому что составляющие u (напряжение) и p (давление), v (удельный объём) имеют для каждой величины определенные значения. Зная это, первый закон термодинамики возможно переписать в виде: dq = di – vdp.

В технической термодинамике используются значения энтальпии, которые высчитываются от условно принятого нуля. Все абсолютные значения этих величин весьма трудно определить, так как для этого необходимо учесть все составляющие внутренней энергии вещества при изменении его состояния от О к К.

Формулу и значения энтальпии привёл в 1909 г. учёный Г.Камерлинг-Оннесом.

В выражении i — удельная энтальпия, для всей массы тела полная энтальпия обозначается буквой I, по всемирной системе единиц энтальпия измеряется в Джоулях на килограмм и рассчитывается как:

Функции

Энтальпия («Э») является одной из вспомогательных функций, благодаря использованию которой можно значительно упростить термодинамический расчёт. Так например, огромное количество процессов подвода теплоты в теплоэнергетике (в паровых котлах или камере сгорания газовых турбин и реактивных двигателей, а также в теплообменных аппаратах) осуществляют при постоянном давлении. По этой причине в таблицах термодинамических свойств обычно приводят значения энтальпии.

Условие сохранения энтальпии лежит, в частности, в основе теории Джоуля — Томсона. Или эффекта, нашедшего важное практическое применение при сжижении газов. Таким образом, энтальпия есть полная энергия расширенной системы, представляющая сумму внутренней энергии и внешней – потенциальной энергии давления. Как любой параметр состояния, энтальпия может быть определена любой парой независимых параметров состояния.

Также, исходя из приведённых выше формул, можно сказать: «Э» химической реакции равна сумме энтальпий сгорания исходных веществ за вычетом суммы энтальпий сгорания продуктов реакции.
В общем случае изменение энергии термодинамической системы не является необходимым условием для изменения энтропии этой системы.

Итак, вот мы и разобрали понятие «энтальпии». Стоит отметить, что «Э» неразрывно связана с энтропией, о которой вы также можете прочесть позже.

Источник

Вы будете перенаправлены на Автор24

Термодинамические свойства систем выражают при помощи характеристических функций и их производных. Вид характеристической функции зависит от переменных, которые используют при описании состояния системы. Так, если в качестве переменных избрать внутреннюю энергию и объем, то характеристической функцией может служить энтропия.

Функции состояния

$\sigma =f_<1>\left( x,y \right)dx+f_<2>\left( x,y \right)dy\, \left( 1\right)$,

Готовые работы на аналогичную тему

К функциям состояния в термодинамике, например, можно отнести:

Функции состояния часто носят названия: термодинамические функции или термодинамические потенциалы.

Термодинамических функции имеется бесконечно много. Допустим, что нам известна одна термодинамическая функция, тогда функция от этой функции – термодинамический потенциал.

Энтальпия

Энтальпию, как физическую величину, предложил ввести А.У. Портер, как содержание тепла при неизменном давлении в 1922 году.

Энтальпией ($H$) называют функцию, которая определена равенством:

При постоянном давлении можно записать, что:

Энтальпию можно связать с теплоемкостью при постоянном давлении соотношением:

$C_

=\left( \frac

\right)_

\left( 4 \right),$

Полный дифференциал энтальпии ($H(S,p)$) можно записать так:

В процессе при постоянном давлении изменение энтальпии равно:

$\Delta H=\Delta U+p\Delta V=\Delta Q\left( 6 \right)$.

Энтальпию применяют при расчетах выделяющего тепла для процессов, происходящих при постоянном давлении.

Энтальпию сложной системы можно находить как сумму энтальпий отдельных ее компонент.

Пусть термодинамическая система состоит из нескольких веществ, тогда имеем:

$dH=TdS+Vdp+\sum\limits_i \mu_ dm_\left( 8 \right)$.

Энтальпию идеального газа можно выразить через коэффициент Пуассона этого газа (γ):

Энтропия

Энтропия, как и энтальпия, является функцией состояния.

Для обратимого процесса энтропию определяют как:

Формула (9) определяет энтропию с точностью до постоянной величины. Физическим смыслом обладает именно изменение энтропии, а не она сама.

Как и энтальпия, энтропия аддитивная величина:

$S=\sum\limits_i S_ \left( 11 \right)$,

$S_i$ – энтропия компоненты термодинамической системы.

Процесс в замкнутой термодинамической системе, протекающий без изменения энтропии называют изоэнтропийным. Это, например, адиабатный процесс, происходящий без теплообмена системы с внешней средой.

Энтропия имеет связь с вероятностью в термодинамике.

Формула Больцмана реализует связь термодинамической вероятности и энтропии:

$S=k_b\ln \left( W \right)$ (12),

Смысл энтропии в том, что она является мерой беспорядка в термодинамической системе. Большее количество микросостояний, которое осуществляет макросостояние, соответствует большей энтропии.

Если система находится в состоянии термодинамического равновесия, что соответствует наиболее вероятному состоянию системы, количество микросостояний наибольшее, энтропия в этом случае максимальна.

Соотношения Максвелла

Это означает, что только две из названных переменных являются независимыми.

Запишем полные дифференциалы от термодинамических потенциалов:

Используя выражения для дифференциалов термодинамических функций получим:

Получаем уравнение Максвелла:

Применяя сказанное выше полный дифференциал энтальпии можно записать как:

$dH=C_

dT+\left[ V-T\left( \frac<\partial V> <\partial T>\right)_

\right]dp\left( 14 \right)$,

Полный дифференциал энтропии:

Если в качестве независимых переменных использовать температуру и давление, тогда имеем:

Источник

Что такое Энтропия

Определение энтропии

Энтропия (от др. греч. entropia — «поворот к» / «трансформация») — это мера хаоса, беспорядка или неопределённости в какой-то системе. Существует теория, что всё в мире идёт от порядка в сторону беспорядка, и энтропия измеряет эти изменения.

Пример энтропии — таяние льда в воде. В это время будет увеличиваться энтропия — это происходит когда идёт изменение от сформированного состояния к свободному, т. е. от упорядоченного к неупорядоченному.

Единица измерения энтропии называется энтропийной единицей — Дж/К, ккал/К.

Формула энтропии

Существует несколько вариантов формулы энтропии. Одна из них:

«S» — мера энтропии;
«Q» — мера тепла;
«Т» — температура системы (в градусах Кельвина).

Энтропия в физике

Простыми словами энтропия — это мера распределения энергии. Когда энтропия высокая — энергия распределена, когда низкая — энергия сконцентрирована.

Энтропия в термодинамике

Энтропия — это термодинамическое количество, которое показывает сколько энергии в системе, которая уже не доступна для выполнения механической работы.

Энтропия Вселенной

Во втором законе термодинамики говорится, что в спонтанном процессе общая энтропия Вселенной постоянно увеличивается; это означает, что она становится более неупорядоченной, хаотичной.

Энтропия идеального газа

Энтропия системы

Энтропия — это мера случайной активности в системе, мера тепловой энергии системы на единицу температуры, которая недоступна для выполнения полезной работы.

Количество энтропии — это ещё и мера молекулярного беспорядка или случайности системы.

Эту концепцию открыл немецкий физик Рудольф Юлиус Эмануэль Клаузиус в 1850 году.

Энтропия в химии

Энтропия — функция состояния каждого вещества. Энтропия веществ меняется когда происходит химическая реакция. Это изменение энтропии веществ (ΔS) называется «энтропия реакции» или «изменение энтропии в процессе».

Это включает все вещества в реакции, и указывает на состояние системы, а то, как это состояние было достигнуто игнорируется.

Чем выше степень неупорядоченности системы, тем выше энтропия системы.

Разница между энтальпией и энтропией

Простыми словами, энтропия — это мера количества случайности или беспорядка в системе, т. е. мера случайной активности в системе. В то время как энтальпия — это мера общего количества энергии в системе.

Источник

Энтальпия

Энтальпи́я, также тепловая функция и теплосодержание — термодинамический потенциал, характеризующий состояние системы в термодинамическом равновесии при выборе в качестве независимых переменных давления, энтропии и числа частиц.

Проще говоря, энтальпия — это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении.

Если термомеханическую систему рассматривать как состоящую из макротела (газа) и поршня площадью S с грузом весом Р = pS, уравновешивающего давление газа р внутри сосуда, то такая система называется расширенной.

Энтальпия или энергия расширенной системы Е равна сумме внутренней энергии газа U и потенциальной энергии поршня с грузом E_пот = pSx = pV

Изменение энтальпии (или Тепловой эффект химической реакции) не зависит от пути процесса, определяясь только начальным и конечным состоянием системы. Если система каким-либо путём возвращается в исходное состояние (круговой процесс), то изменение любого её параметра, являющегося функцией состояния, равно нулю, отсюда , или же

Дифференциал энтальпии, выраженный в собственных переменных — через энтропию S и давление p:

В этом случае изменение энтальпии в изобарическом процессе практически удобно рассчитывать, зная теплоемкость при постоянном давлении (термохимический закон Кирхгофа):

При этом используется эмпирическое разложение теплоёмкости в ряд по степеням Т:

Энтальпия — величина аддитивная (экстенсивная), т. е. для сложной системы равна сумме энтальпий её независимых частей . Подобно другим термодинамическим потенциалам, энтальпия определяется с точностью до постоянного слагаемого, которому в термодинамике часто придают произвольные значения (например, при расчете и построении тепловых диаграмм). При наличии немеханических сил величина энтальпии системы равна

где — обобщённая сила; — обобщённая координата.

Содержание

Примеры

Неорганические соединения (при 25 °C)
стандартная энтальпия реакции

Хим соединение	Фаза (вещества)	Химическая формула	Δ H_f 0 кДж/моль
Аммиак	сольватированный	NH₃ (NH₄OH)	−80.8
Аммиак	газообразный	NH₃	−46.1
Карбонат натрия	твёрдый	Na₂CO₃	−1131
Хлорид натрия (соль)	сольватированный	NaCl	−407
Хлорид натрия (соль)	твёрдый	NaCl	−411.12
Хлорид натрия (соль)	жидкий	NaCl	−385.92
Хлорид натрия (соль)	газообразный	NaCl	−181.42
Гидроксид натрия	сольватированный	NaOH	−469.6
Гидроксид натрия	твёрдый	NaOH	−426.7
Нитрат натрия	сольватированный	NaNO₃	−446.2
Нитрат натрия	твёрдый	NaNO₃	−424.8
Диоксид серы	газообразный	SO₂	−297
Серная кислота	жидкий	H₂SO₄	−814
Диоксид кремния	твёрдый	SiO₂	−911
Диоксид азота	газообразый	NO₂	+33
Монооксид азота	газообразный	NO	+90
Вода	жидкий	H₂O	−286
Вода	газообразный	H₂O	−241.8
Диоксид углерода	газообразный	CO₂	−393.5
Водород	газообразный	H₂	0
Фтор	газообразный	F₂	0
Хлор	газообразный	Cl₂	0
Бром	жидкий	Br₂	0
Бром	газоообразный	Br₂	0

Инвариантная энтальпия в релятивистской термодинамике

При построении релятивистской термодинамики (с учетом специальной теории относительности) обычно наиболее удобным подходом является использование так называемой инвариантной энтальпии — для системы, находящейся в некотором сосуде.

Для такой системы «обычная» энтальпия и импульс системы образуют 4-вектор, и за определение инвариантной энтальпии, одинаковой во всех системах отсчёта, берётся инвариантная функция этого 4-вектора:

Основное уравнение релятивистской термодинамики записывается через дифференциал инвариантной энтальпии следующим образом:

Пользуясь этим уравнением, можно решить любой вопрос термодинамики движущихся систем, если известна функция .

См. также

Источники

Примечания

Смотреть что такое «Энтальпия» в других словарях:

Энтальпия — (от греческого enthalpo нагреваю), функция состояния термодинамической системы, изменение которой при постоянном давлении равно количеству теплоты, подведенной к системе, поэтому энтальпия называется часто тепловой функцией или теплосодержанием.… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ЭНТАЛЬПИЯ — (от греч. enthalpo нагреваю) однозначная функция Н состояния термодинамической системы при независимых параметрах энтропии S и давлении p, связана с внутренней энергией U соотношением Н = U + pV, где V объем системы. При постоянном p изменение… … Большой Энциклопедический словарь

ЭНТАЛЬПИЯ — (обозначение Н), количество термодинамической (тепловой) энергии, содержащееся в веществе. В любой системе энтальпия равна сумме внутренней энергии и произведения давления на объем. Измеряют в терминах изменения (обычно увеличения) количества… … Научно-технический энциклопедический словарь

энтальпия — теплосодержание Словарь русских синонимов. энтальпия сущ., кол во синонимов: 1 • теплосодержание (1) Словарь синонимов ASIS … Словарь синонимов

ЭНТАЛЬПИЯ — (от греч. enthalpo нагреваю) экосистемы, функциональное состояние экосистемы, определяющее ее теплосодержание. Энтальпия экстенсивное свойство экосистемы. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской… … Экологический словарь

энтальпия — Функция состояния термодинамической системы, равная сумме внутренней энергии и произведения объема на давление. Примечание Энтальпия является характеристической функцией, если энтропия и давление являются независимыми параметрами. [Сборник… … Справочник технического переводчика

ЭНТАЛЬПИЯ — (от греч. enthalpo нагреваю) (теплосодержание, тепловая функция Гиббса), потенциал термодинамический, характеризующий состояние макроскопич. системы в термодинамич. равновесии при выборе в кач ве основных независимых переменных энтропии S и… … Физическая энциклопедия

ЭНТАЛЬПИЯ — [ενυαλπω (энтальпо) нагреваю] термодинамическая функция состояния Н, равная сумме внутренней энергии U и произведения объема на давление Vp(H + U + Vp). В процессах, протекающих при постоянном давлении,… … Геологическая энциклопедия

энтальпия — энтальпия; отрасл. теплосодержание; тепловая функция Гиббса Функция состояния системы (Н), равная величине внутренней энергии (U), сложенной с произведением объема на давление; H = U + pV … Политехнический терминологический толковый словарь

энтальпия — – это функция состояния системы, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

Энтальпия — [гр. enthalpo нагреваю] – теплосодержание, термодинамическая функция состояния, равная сумме внутренней энергии системы и произведения давления на объем. Изменение энтальпии в изобарном процессе равно тепловому эффекту. [Ушеров Маршак А. В … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Источник