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Thermodynamik - Enthalpie

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Thermodynamik

Enthalpie

Es wird weiterhin ein offenes System betrachtet, wobei die Änderung der kinetische und potentielle Energie gleich Null sein soll. Handelt es sich um ein adiabates offenes System, so kann keine Wärme $Q$ mit der Umgebung ausgetauscht werden. Das bedeutet $Q = 0$. Für die innere Energie folgt dann:

Methode

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$\triangle U = U_2 - U_1 = W = W_t^{rev} + W_{diss} + p_1V_1 - p_2V_2$      

Stellt man diese Gleichung nach der technischen Arbeit $W_t = W_t^{rev} + W_{diss}$ um, erhält man:

$W_t^{rev} + W_{diss} = W_t = (U_2 +  p_2V_2) - (U_1 + p_1V_1)$

Die Terme

$U_2 + p_2V_2$ und  $U_1 + p_1V_1$ 

werden zu einer neuen Zustandsgröße, der Enthalpie $H$ zusammengefasst:

Methode

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$H_2 = U_2 + p_2V_2$                          Enthalpie

$H_1 = U_1 + p_1V_1$.

Für die Gleichung ergibt sich also nach Einsetzen von $H_1$ und $H_2$ die Änderung der Enthalpie mit:

Methode

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$H_2 - H_1 = \triangle H = W_t$            Enthalpie (adiabat)

mit

$W_t = W_t^{rev} + W_{diss}$

Das bedeutet, dass bei adiabaten offenen Systemen die Enthalpie gleich der technischen Arbeit $W_t$ ist (sofern die kinetische und die potentielle Energie vernachlässigt werden).

Nicht-adiabate Systeme und Enthalpie

Handelt es sich um ein nicht-adiabates ruhendes System, kann also Wärme $Q$ mit der Umgebung ausgetauscht werden, so verändert sich der obige Term zu:

Methode

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$H_2 - H_1 = \triangle H = W_t + Q$       Enthalpie (nicht-adiabat)

mit

$W_t = W_t^{rev} + W_{diss}$

Das bedeutet also, dass die zugeführte technische Arbeit $W_t$ und die Wärme $Q$ sich in Enthalpie $H$ umwandelt (sofern die kinetische und die potentielle Energie vernachlässigt werden).

Enthalpie

Die Enthalpie ist der Energiegehalt eines thermodynamischen Systems und wird auch häufig als Wärmeinhalt bezeichnetSie ist eine Energieform und wird entsprechend in Joule angegeben. Die Enthalpie wird mit dem Buchstaben $H$ bezeichnet und stellt eine extensive Zustandsgröße dar. Sie wird auch häufig als spezifische Zustandsgröße $h$ (Enthalpie $H$ geteilt durch die Masse $m$) angegeben.

Die Enthalpie setzt sich zusammen aus der inneren Energie $U$ und dem Produkt aus Volumen und Druck $p \cdot V$. 

Methode

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$H = U + p \cdot V$   bzw.   $h = u + p \cdot v$                Enthalpie

Dieser letzte Term $pV$ ist diejenige Energie, die als Arbeit erforderlich ist, um dem System in seiner Umgebung Platz zu verschaffen.

Die Enthalpieänderung kann auch bestimmt werden, indem die Gleichung  $H = U + p \cdot V$  differenziert wird:

$\triangle H = \triangle U + \triangle p \; V + p \triangle V$.

In ausführlicher Form sieht das folgendermaßen aus:

Methode

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$H_2 - H_1 = U_2 - U_1 + (p_2 - p_1) \cdot V_1 +  p_1 \cdot (V_2 - V_1)$.