Termodinamica: Energia interna e Entalpia
Ciao,
potreste chiarirmi questi due concetti e le differenze?
Grazie.
potreste chiarirmi questi due concetti e le differenze?
Grazie.
Risposte
Per la verita tu dicevi che l'entalpia è la variazione dell'energia interna nel tempo, mentre semmai se si considera un sistema aperto ai flussi di materia, prendiamo per semplicità una corrente entrante ed una uscente, se consideriamo il contributo di ingresso ede esplusione del fluido $dU/dt=H_e-H_u+L+Q$ , quindi la derivata temporale dell'energia interna è pari alla differenza tra i flussi entranti ed uscenti di entalpia, più la potenza termica e la potenza meccanica scambiata dal sistema.
io cercavo solo di rendere più "tangibile" il concetto...dato che anch'io sono uno di quelli che il più delle volte ha bisigno di riscontri...
non saprei come definire l'entalpia in altro modo,usando parole povere!
non saprei come definire l'entalpia in altro modo,usando parole povere!
ho ragionato così,senza troppi sofismi matematici:
l'entalpia è data dalla somma di energia interna e energia necessaria ad un fluido.nell'istante in cui noi applichiamo dell'energia ad un fluido(per qualsiasi motivo)o la sottraiamo,misurando l'entalpia,in un certo senso è come se andiamo a vedere,istantaneamente,l'energia che contiene un fluido che sta compiendo un certo "lavoro".
poi se devo dirla tutta,io nemmeno l'ho studiata l'entalpia,mi sono letto due righe ora come ho visto il trhead.mi sono incuriosito!
l'entalpia è data dalla somma di energia interna e energia necessaria ad un fluido.nell'istante in cui noi applichiamo dell'energia ad un fluido(per qualsiasi motivo)o la sottraiamo,misurando l'entalpia,in un certo senso è come se andiamo a vedere,istantaneamente,l'energia che contiene un fluido che sta compiendo un certo "lavoro".
poi se devo dirla tutta,io nemmeno l'ho studiata l'entalpia,mi sono letto due righe ora come ho visto il trhead.mi sono incuriosito!
Guarda secondo me a rendere tangibili i concetti ci si capisce sempre poco.
Tra l'altro neppure la energia interna è un concetto molto "tangibile", io non sono mai andato al bar con un legame triplo.
La fisica si fa con gli esperimenti e con la matematica, in particolare la seconda ha sempre il vantaggio di dire pane al pane e vino al vino.
Tra l'altro neppure la energia interna è un concetto molto "tangibile", io non sono mai andato al bar con un legame triplo.
La fisica si fa con gli esperimenti e con la matematica, in particolare la seconda ha sempre il vantaggio di dire pane al pane e vino al vino.
Quindi scusate,
se volessimo dare due definizioni corrette di energia interna e entalpia come potremo formulare il tutto?
se volessimo dare due definizioni corrette di energia interna e entalpia come potremo formulare il tutto?
con le formule!
come ti ho detto(e non solo io)purtroppo nelle materie scientifiche,non tutto è tangibile e quantificabile!
spesso necessitiamo di assumere formulazioni matemache!
il descrivere il concetto a parole,in certi casi e da persona a persona(ad esempio per me)può aiutare a capirlo meglio,ma, di certo,non è la definizione esatta di tale fenomeno o tale grandezza.
ad esempio:
sapresti spiegare il concetto di quantità di moto o momento,in maniera completamente tangibile e vicina alla realtà di tutti i giorni?
puoi avvicinarti,ma di certo non riuscirai a definirlo esattamente...
del resto sono concetti nati per soddisfare altre utilità....Newton ha definito il concetto di forza utilizzando la quantità di moto!
come ti ho detto(e non solo io)purtroppo nelle materie scientifiche,non tutto è tangibile e quantificabile!
spesso necessitiamo di assumere formulazioni matemache!
il descrivere il concetto a parole,in certi casi e da persona a persona(ad esempio per me)può aiutare a capirlo meglio,ma, di certo,non è la definizione esatta di tale fenomeno o tale grandezza.
ad esempio:
sapresti spiegare il concetto di quantità di moto o momento,in maniera completamente tangibile e vicina alla realtà di tutti i giorni?
puoi avvicinarti,ma di certo non riuscirai a definirlo esattamente...
del resto sono concetti nati per soddisfare altre utilità....Newton ha definito il concetto di forza utilizzando la quantità di moto!
La storia della fisica insegna che spesso è necessario abbandonare l'idea che i concetti si possano tutti toccare con mano, la meccanica quantistica docet.
Ad esempio in termodinamica ci sono alcune grandezze fondamentali che possono essere misurate in laboratorio, cioè la pressione, la temperatura, il volume e le sue variazioni, la composizione di un sistema, la sua conducibilità elettrica, il calore specifico, le proprietà di trasporto ed altre ancora, ma i potenziali, le energie libere, l'entalpia e l'entropia sono grandezze che da un punto di vista teorico sono fondamentali, ma di cui non è praticamente possibile fare la misura.
Ad esempio l'equilibrio liquido vapore è governato dal principio che il potenziale chimico di una specie deve essere il medesimo in ogni fase presente all'equilibrio, ma non c'è modo di misurarlo direttamente, si passa attraverso misure di pressioni e concentrazioni.
Un po come l'azione in meccanica classica, non la puoi misurare direttamente, però governa il moto.
Ad esempio in termodinamica ci sono alcune grandezze fondamentali che possono essere misurate in laboratorio, cioè la pressione, la temperatura, il volume e le sue variazioni, la composizione di un sistema, la sua conducibilità elettrica, il calore specifico, le proprietà di trasporto ed altre ancora, ma i potenziali, le energie libere, l'entalpia e l'entropia sono grandezze che da un punto di vista teorico sono fondamentali, ma di cui non è praticamente possibile fare la misura.
Ad esempio l'equilibrio liquido vapore è governato dal principio che il potenziale chimico di una specie deve essere il medesimo in ogni fase presente all'equilibrio, ma non c'è modo di misurarlo direttamente, si passa attraverso misure di pressioni e concentrazioni.
Un po come l'azione in meccanica classica, non la puoi misurare direttamente, però governa il moto.
quoto in pieno!
ciao ragazzi...
per rispondere alla prima domanda, cosa sia l'energia interna e l'entalpia:
la seconda decisamente più semplice da definire rispetto alla prima...
l'energia, potremmo definirla come la capacità di un sistema di compiere del lavoro... però è, secondo me, un proprietà fuggevole all'imaginazione...
può essere associata al moto termico delle particelle che compongono un sistema (energia termica), dalla sua posizione o composizione (energia potenziale), ma, come avete scritto sopra, esso può essere scambiato tra sistema ed ambiente, fondamentalmente in due modi, calore, e lavoro, da qui l'equazione $DeltaU=DeltaQ+DeltaL$
L'entalpia invece è decisamente più immediata da comprendere: è il calore scambiato in un processo che avviene a pressione costante.
se voi fate espandere un gas in un cilindro a pressione costante, il calore che avete dovuto fornire coincide con l'entalpia di questo processo, quando accendete un caminetto, il calore liberato durante la combustione del legno, che avviene a pressione costante, coincide con l'entalpia di tale processo.
detto ciò, possiamo scrivere che $dH=dq_p=C_p*dT$
Avevo letto che si parlava di variazione di entalpia al variare della temperatura, basta integrare l'equazione precedente tra la temperatura di partenza, di cui si conosce il valore di entalpia, fino alla temperatura finale, alla quale si vuole conoscere l'entalia del sistema, integrale la cui risoluzione è: $DeltaH=C_p*DeltaT$
spero di esservi stato d'aiuto
per rispondere alla prima domanda, cosa sia l'energia interna e l'entalpia:
la seconda decisamente più semplice da definire rispetto alla prima...
l'energia, potremmo definirla come la capacità di un sistema di compiere del lavoro... però è, secondo me, un proprietà fuggevole all'imaginazione...
può essere associata al moto termico delle particelle che compongono un sistema (energia termica), dalla sua posizione o composizione (energia potenziale), ma, come avete scritto sopra, esso può essere scambiato tra sistema ed ambiente, fondamentalmente in due modi, calore, e lavoro, da qui l'equazione $DeltaU=DeltaQ+DeltaL$
L'entalpia invece è decisamente più immediata da comprendere: è il calore scambiato in un processo che avviene a pressione costante.
se voi fate espandere un gas in un cilindro a pressione costante, il calore che avete dovuto fornire coincide con l'entalpia di questo processo, quando accendete un caminetto, il calore liberato durante la combustione del legno, che avviene a pressione costante, coincide con l'entalpia di tale processo.
detto ciò, possiamo scrivere che $dH=dq_p=C_p*dT$
Avevo letto che si parlava di variazione di entalpia al variare della temperatura, basta integrare l'equazione precedente tra la temperatura di partenza, di cui si conosce il valore di entalpia, fino alla temperatura finale, alla quale si vuole conoscere l'entalia del sistema, integrale la cui risoluzione è: $DeltaH=C_p*DeltaT$
spero di esservi stato d'aiuto
Se posso permettermi in generale non è vero che $DeltaH=C_p*DeltaT$, questo è il caso particolarissimo in cui assumi il $C_p$ indipendente dalla temperatura, di solito anche per i gas supposti ideali il $C_p$ varia con la temperatura.
"GIOVANNI IL CHIMICO":
Se posso permettermi in generale non è vero che $DeltaH=C_p*DeltaT$, questo è il caso particolarissimo in cui assumi il $C_p$ indipendente dalla temperatura, di solito anche per i gas supposti ideali il $C_p$ varia con la temperatura.
sisi, scusate per non averlo specificato... non mi sembrava doveroso per il discorso che stavamo facendo...
per piccole variazioni di temperatura, è comunque un'approssimazione valida...
"leonardo2887":
[quote="GIOVANNI IL CHIMICO"]Se posso permettermi in generale non è vero che $DeltaH=C_p*DeltaT$, questo è il caso particolarissimo in cui assumi il $C_p$ indipendente dalla temperatura, di solito anche per i gas supposti ideali il $C_p$ varia con la temperatura.
sisi, scusate per non averlo specificato... non mi sembrava doveroso per il discorso che stavamo facendo...
per piccole variazioni di temperatura, è comunque un'approssimazione valida...[/quote]
Non è vero, in generale, neanche questo. Nel caso dell'isobara è vero che si può dire che $deltaQ=dU+deltaL=c_pdT$. Però, differenziando l'entalpia si ottiene $dh=dU+pdv+vdp$, da cui $dU=dh-pdv-vdp$. Sostituendo quest'espressione di $dU$ nel primo principio, si ottiene: $deltaQ=c_pdT=dU+deltaL=dh-pdv-vdp+deltaL$, che, essendo per ipotesi di isobara $dp=0$ diventa: $c_pdT=dh-pdv+deltaL$, quindi: $dh=c_pdT+pdv-deltaL$. In generale non è vero che $deltaL=pdv$, perchè questo vale per le trasformazioni reversibili. Quindi, in generale, $dh!=c_pdT$
Infatti in generale $dh=C_pdT-[T((delV)/(delT))_p-V]dp$, spesso la seconda componente della forma differenziale si può approssimare come nulla.
"kinder":
[quote="leonardo2887"][quote="GIOVANNI IL CHIMICO"]Se posso permettermi in generale non è vero che $DeltaH=C_p*DeltaT$, questo è il caso particolarissimo in cui assumi il $C_p$ indipendente dalla temperatura, di solito anche per i gas supposti ideali il $C_p$ varia con la temperatura.
sisi, scusate per non averlo specificato... non mi sembrava doveroso per il discorso che stavamo facendo...
per piccole variazioni di temperatura, è comunque un'approssimazione valida...[/quote]
Non è vero, in generale, neanche questo. Nel caso dell'isobara è vero che si può dire che $deltaQ=dU+deltaL=c_pdT$. Però, differenziando l'entalpia si ottiene $dh=dU+pdv+vdp$, da cui $dU=dh-pdv-vdp$. Sostituendo quest'espressione di $dU$ nel primo principio, si ottiene: $deltaQ=c_pdT=dU+deltaL=dh-pdv-vdp+deltaL$, che, essendo per ipotesi di isobara $dp=0$ diventa: $c_pdT=dh-pdv+deltaL$, quindi: $dh=c_pdT+pdv-deltaL$. In generale non è vero che $deltaL=pdv$, perchè questo vale per le trasformazioni reversibili. Quindi, in generale, $dh!=c_pdT$[/quote]
Non mi pare giusto quanto hai scritto
Se la trasformazione non è reversibile ma lo stato iniziale e finale sono di equilibrio termodinamico si può solo scrivere $Deltah=Deltau+Deltapv$, è vero che il lavoro non è esprimibile come $pdv$ ma per lo stesso motivo non ha nemmeno senso parlare di $vdp$, pressione e volume specifico del sistema termodinamico non sono definite ... sinceramente una trasformazione di questo tipo irreversibile non la chiamerei nemmeno isobara, la chiamerei come una trasformazione il cui stato iniziale e finale (di equilibrio termodinamico) sono alla stessa pressione.
L'entalpia è una funzione di stato e per un gas perfetto è funzione solo della temperatura : $U$ e $pv$ sono funzioni della temperatura, per cui la sua variazione infinitesima è sempre esprimibile come $dh=c_pdT$ , con c_p in generale funzione di $T$.
No, la variazione dell'entalpia, tra due distinti stati, si determina integrando il differenziale esatto che ho postato 1 post fa, $dh=C_pdT$ vale solo a p costante, oppure per gas descritti dall'equazione di stato dei gas perfetti.
Io starei attento a dire che durante una trasformazione irreversibile p e v non sono nemmeno definite, infatti ci sono miriadi di fenomeni fisici, di non equilibrio e irreversibili, in cui si può sempre misurare questi parametri, il problema è che a rigore non è detto che valgano le equazioni di stato, perchè sono usualmente ottenute mediante la meccanica statistica, nell'ipotesi che il sistema sia all'equilibrio.
In gran parte dei fenomeni fisici si può fare l'ipotesi dell'equilibrio termodinamico locale e continuare a far uso dell'equazione di stato anche in condizioni di non equilibrio, purchè il tempo di rilassamento proprio del fluido sia trascurabile rispetto alle cinetiche del sistema.
Un caso clamoroso in cui la ipotesi di equilibrio termodinamico locale non è applicabile sono i fenomeni di diffusione in matrice polimerica vetrosa a basse temperature, giacchè il tempo di rilassamento proprio del polimero è maggiore della cinetica diffusionale, dunque per descrivere l'equilibrio tra il penetrante disciolto nella matrice polimerica e il penetrante puro gas bisogna usare opportune generalizzazioni delle equazioni di stato valide in condizioni di non equilibrio.
Io starei attento a dire che durante una trasformazione irreversibile p e v non sono nemmeno definite, infatti ci sono miriadi di fenomeni fisici, di non equilibrio e irreversibili, in cui si può sempre misurare questi parametri, il problema è che a rigore non è detto che valgano le equazioni di stato, perchè sono usualmente ottenute mediante la meccanica statistica, nell'ipotesi che il sistema sia all'equilibrio.
In gran parte dei fenomeni fisici si può fare l'ipotesi dell'equilibrio termodinamico locale e continuare a far uso dell'equazione di stato anche in condizioni di non equilibrio, purchè il tempo di rilassamento proprio del fluido sia trascurabile rispetto alle cinetiche del sistema.
Un caso clamoroso in cui la ipotesi di equilibrio termodinamico locale non è applicabile sono i fenomeni di diffusione in matrice polimerica vetrosa a basse temperature, giacchè il tempo di rilassamento proprio del polimero è maggiore della cinetica diffusionale, dunque per descrivere l'equilibrio tra il penetrante disciolto nella matrice polimerica e il penetrante puro gas bisogna usare opportune generalizzazioni delle equazioni di stato valide in condizioni di non equilibrio.
"nnsoxke":
[quote="kinder"][quote="leonardo2887"][quote="GIOVANNI IL CHIMICO"]Se posso permettermi in generale non è vero che $DeltaH=C_p*DeltaT$, questo è il caso particolarissimo in cui assumi il $C_p$ indipendente dalla temperatura, di solito anche per i gas supposti ideali il $C_p$ varia con la temperatura.
sisi, scusate per non averlo specificato... non mi sembrava doveroso per il discorso che stavamo facendo...
per piccole variazioni di temperatura, è comunque un'approssimazione valida...[/quote]
Non è vero, in generale, neanche questo. Nel caso dell'isobara è vero che si può dire che $deltaQ=dU+deltaL=c_pdT$. Però, differenziando l'entalpia si ottiene $dh=dU+pdv+vdp$, da cui $dU=dh-pdv-vdp$. Sostituendo quest'espressione di $dU$ nel primo principio, si ottiene: $deltaQ=c_pdT=dU+deltaL=dh-pdv-vdp+deltaL$, che, essendo per ipotesi di isobara $dp=0$ diventa: $c_pdT=dh-pdv+deltaL$, quindi: $dh=c_pdT+pdv-deltaL$. In generale non è vero che $deltaL=pdv$, perchè questo vale per le trasformazioni reversibili. Quindi, in generale, $dh!=c_pdT$[/quote]
Non mi pare giusto quanto hai scritto
Se la trasformazione non è reversibile ma lo stato iniziale e finale sono di equilibrio termodinamico si può solo scrivere $Deltah=Deltau+Deltapv$, è vero che il lavoro non è esprimibile come $pdv$ ma per lo stesso motivo non ha nemmeno senso parlare di $vdp$, pressione e volume specifico del sistema termodinamico non sono definite ... sinceramente una trasformazione di questo tipo irreversibile non la chiamerei nemmeno isobara, la chiamerei come una trasformazione il cui stato iniziale e finale (di equilibrio termodinamico) sono alla stessa pressione.
L'entalpia è una funzione di stato e per un gas perfetto è funzione solo della temperatura : $U$ e $pv$ sono funzioni della temperatura, per cui la sua variazione infinitesima è sempre esprimibile come $dh=c_pdT$ , con c_p in generale funzione di $T$.[/quote]
Se indichi qual'è il passaggio sbagliato forse aiuti a capire cosa non è giusto secondo te.
Se leggi meglio il mio post, vedrai che ho detto che in generale non è vero che $dh=c_pdT$, ed ho mostrato anche perché. Tu lo contesti (quindi sei pregato di indicare l'errore), riportandoti al caso molto particolare del gas ideale, che non esiste nella realtà, dimostrando implicitamente che la relazione $dh=c_pdT$ non è mai rigorosamente vera. Puoi spiegare meglio la tua opinione?
Come già detto in generale $dh=c_pdT-[T((delV)/(delT))_p-V]dP$, questo è il motivo per cui $dH=C_pdT$ vale solo in casi particolari.
Sul fatto che se il gas non è perfetto $h$ non è funzione della sola temperatura siamo daccordo... Ma se il gas è perfetto $h$ lo è anche per trasformazioni irreversibili...non idealità del fluido e irreversibilità della trasformazione sono due cose diverse, è questo l'errore che per me kinder ha commesso.
@giovanni : sono stato abituato a dire ad esempio "la pressione del sistema termodinamico", quando questa è definita uniformemente in ogni punto del sistema, quindi in uno stato di equilibrio termodinamico se anche gli altri parametri di stato sono definiti.
Grandezze come pressione e temperatura mi definiscono lo stato del sistema da un punto di vista macroscopico.
Quando non c'è equilibrio quindi per me non ha senso chiedersi se l'equazione di stato sia ancora valida, a meno che non ci si riferisca ad una trasformazione in cui almeno lo stato iniziale e finale sono di equilibrio.
@giovanni : sono stato abituato a dire ad esempio "la pressione del sistema termodinamico", quando questa è definita uniformemente in ogni punto del sistema, quindi in uno stato di equilibrio termodinamico se anche gli altri parametri di stato sono definiti.
Grandezze come pressione e temperatura mi definiscono lo stato del sistema da un punto di vista macroscopico.
Quando non c'è equilibrio quindi per me non ha senso chiedersi se l'equazione di stato sia ancora valida, a meno che non ci si riferisca ad una trasformazione in cui almeno lo stato iniziale e finale sono di equilibrio.
Anche secondo me sono due questioni disgiunte.
Direi che è una distinzione basilare.
Direi che è una distinzione basilare.
"nnsoxke":
Sul fatto che se il gas non è perfetto $h$ non è funzione della sola temperatura siamo daccordo... Ma se il gas è perfetto $h$ lo è anche per trasformazioni irreversibili...non idealità del fluido e irreversibilità della trasformazione sono due cose diverse, è questo l'errore che per me kinder ha commesso.
Dunque...facciamo un po' di ordine. La discussione è iniziata coll'affermazione che per un'isobara vale $dh=c_pdT$. Io ho puntualizzato mostrando il perché, intuendo che si attribuisse a ques'affermazione carattere di generalità, che essa è vera solo nel caso particolare in cui vale $deltaL=pdv$. Tu hai affermato che ciò è sbagliato, e ti sbagli. Se rileggi quello che ho scritto qualche post fa capisci anche il perché, e vedi che non c'entra niente con le variabili di stato da cui dipende l'entalpia. Una cosa è dire che $dh=(delh)/(delx_1)dx_1+(delh)/(delx_2)dx_2+(delh)/(delx_3)dx_3+...$ altro è stabilire un legame tra $dh$ ed i termini di scambio, come regolati dal primo principio. E' chiaro?
Questa discussione mi conferma che la puntualizzazione era utile, anche se deve vincere "pregiudizi" piuttosto radicati. Ho l'impressione che l'enfasi che si da ai gas perfetti nell'insegnamento della termodinamica risulta fuorviante. Porta al risultato paradossale di far ritenere universalmente vera una cosa che vale sono in un caso particolare ed ideale, che non si riscontra nella realtà. Per la fisica questo è un disastro.
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