엔탈피

Enthalpy

Enthalpy /ɛnəlpi/ (listen) 열역학계의 특성으로 시스템 내부 에너지와 압력 및 [1]부피의 곱입니다.이는 화학, 생물학적, 물리적 시스템의 많은 측정에서 일정한 압력으로 사용되는 상태 함수이며, 넓은 주변 대기에 의해 편리하게 제공됩니다.압력-용적 용어는 시스템의 물리적 치수를 설정하는 데 필요한 작업, 즉 주변 환경을 [2][3]변위시켜 시스템의 공간을 만드는 작업을 나타냅니다.압력-부피 항은 일반적인 조건의 고체와 액체에 대해서는 매우 작으며 기체에 대해서는 매우 작습니다.따라서, 엔탈피는 화학 시스템에서 에너지를 대신하는 역할을 합니다; 결합, 격자, 용매화 및 화학에서 다른 "에너지"는 실제로 엔탈피 차이입니다.상태 함수로서 엔탈피는 내부 에너지, 압력 및 체적의 최종 구성에만 의존하며, 이를 달성하기 위해 사용되는 경로에 의존하지 않습니다.

SI(International System of Units)에서 엔탈피의 측정 단위는 줄입니다.다른 역사적 관습 단위로는 칼로리영국 열 단위(BTU)가 있다.

시스템의 총 엔탈피는 내부 에너지가 알려지지 않았거나 쉽게 접근할 수 없거나 열역학에 관심이 없는 구성요소를 포함하고 있기 때문에 직접 측정할 수 없습니다.실제로 엔탈피의 변화는 에너지 전달의 설명을 단순화하기 때문에 일정한 압력에서의 측정에 선호되는 표현이다.또한 시스템의 내부 또는 외부로의 물질 이동이 방지되고 전기 또는 축 작업이 수행되지 않을 경우, 일정한 압력에서 엔탈피 변화는 열로 인해 환경과 교환되는 에너지와 같습니다.

화학에서 반응의 표준 엔탈피표준 상태(p = 1 bar, 보통 T = 298 K)의 반응물이 표준 [4]상태에서의 생성물로 변화했을 때의 엔탈피 변화이다.이 양은 일정한 압력과 온도에서 반응하는 표준열이지만, 초기 및 최종 압력과 온도가 표준 상태에 해당한다면 측정 시 온도가 변동하더라도 열량측정법으로 측정할 수 있다.enthalpy는 상태 함수이므로 값은 초기 상태에서 최종 상태까지의 경로에 의존하지 않습니다.

화학물질의 엔탈피는 보통 1bar(100kPa) 압력으로 표준 상태로 표시됩니다.반응의 엔탈피와 엔탈피 변화는 [5]온도의 함수에 따라 다르지만, 표에는 일반적으로 25°C(298K)에서 물질 형성의 표준 열이 나열되어 있습니다.흡열(열흡수) 공정의 경우 변화량 δH는 양의 값이고 발열(열 방출) 공정의 경우 음의 값입니다.

이상적인 가스의 엔탈피는 압력이나 부피와는 무관하며, 온도에만 의존하며, 이는 가스의 열에너지와 관련이 있습니다.일반적인 온도와 압력에서 실제 가스는 종종 이러한 거동에 근접하여 실제 열역학적 설계와 분석을 단순화합니다.

정의.

열역학 시스템의 엔탈피 H는 내부 에너지와 압력 및 [1]부피의 곱의 합으로 정의됩니다.

H = U + pV,

여기서 U는 내부 에너지, p압력, V는 시스템의 부피, p.V를 압력 에너지 δP라고 부르기도 합니다.

Enthalpy는 광범위한 특성으로 시스템의 크기(동종 시스템의 경우)에 비례합니다.집중적인 속성을 입력, 특정 엔탈피 h).mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output.sfrac.tion,.mw-parser-output.sfrac .tion{디스플레이:inline-block, vertical-align:-0.5em, font-size:85%;text-align:센터}.mw-parser-output.sfrac.num,.mw-parser-output.sfrac .den{디스플레이:블록, line-height:1em, 마진:00.1em}.mw-parser-out.넣다.sfrac .den{border-top:1px 고체}.mw-parser-output .sr-only{국경:0;클립:rect(0,0,0,0), 높이:1px, 마진:-1px, 오버 플로: 숨어 있었다. 패딩:0;위치:절대, 너비:1px}H/m 시스템의 질량 m의 단위고, 몰 엔탈피 음 있H/n, 두더지의 n이 시험 번호인 곳에 참조됩니다.비균질 시스템의 경우 엔탈피는 구성요소 하위 시스템의 엔탈피의 합계입니다.

어디에

  • H는 모든 서브시스템의 총 엔탈피입니다.
  • k는 다양한 서브시스템을 나타냅니다.
  • Hk 각 서브시스템의 엔탈피를 나타냅니다.

닫힌 시스템은 정적 중력장에서 열역학적 평형에 놓여 압력 p가 고도에 따라 연속적으로 변화하는 반면, 평형 요건에 따라 온도 T는 고도에 따라 불변한다.(따라서 시스템의 중력 전위 에너지 밀도도 고도에 따라 달라집니다.)그러면 엔탈피 합계가 적분이 됩니다.

어디에

  • θ("rho")는 밀도(단위 부피당 질량),
  • h는 특정 엔탈피(단위 질량당 엔탈피),
  • (θh)엔탈피 밀도(단위 부피당 엔탈피)를 나타낸다.
  • dV는 시스템 내에서 무한히 작은 부피의 요소, 예를 들어 무한히 얇은 수평층의 부피를 나타냅니다.
    따라서 적분은 볼륨의 모든 요소의 엔탈피의 합계를 나타냅니다.

닫힌 균질계의 엔탈피는 에너지 함수 H(S,p)이며, 엔트로피 S[p]압력 p는 가장 단순한 형태의 dH에 대한 미분 관계를 제공하는 자연 상태 변수로서 다음과 같이 도출된다.최소 프로세스에서 닫힌 시스템의 열역학 제1법칙부터 시작합니다.

어디에

  • δQ는 시스템에 가해지는 소량의 열입니다.
  • ①W는 시스템이 수행하는 소량의 작업입니다.

가역 프로세스 또는 순수 열전달만 고려되는 균질 시스템에서 열역학 제2법칙δQ = T dS를 제공하며, T절대 온도, dS는 시스템의 엔트로피 S의 미세한 변화를 나타낸다.또한 pV 작업만 했을 경우 θW = pdV이다.결과적으로.

이 식 양쪽에 d(pV)더하면

또는

그렇게

자연 변수 미분 dS와 dp의 계수는 단일 변수 T와 V일 뿐입니다.

기타 표현

위의 dH의 엔트로피와 압력에 대한 표현은 일부 독자들에게 생소할 수 있다.온도나 [6]: 88 [7]압력과 같이 보다 직접적으로 측정할 수 있는 변수의 관점에서 다음과 같은 표현도 있습니다.

여기p C는 일정한 압력에서의 열용량이고 α는 (입방체) 열팽창 계수입니다.

C와 VpT의 함수로 알려진 경우p, 원칙적으로 엔탈피를 결정할 수 있다.단, T는 엔탈피 H의 자연변수가 아니기 때문에 표현은 H S + {=, dp보다 복잡하다.

일정한 압력에서 dP = 이므로 H T. { = , .} 이상적 기체의 경우 공정에 압력 변화가 있더라도 dH는 이 형태로 감소합니다. 왜냐하면 αT = [note 1]1,

보다 일반적인 형태로, 제1법칙은 내부 에너지를 화학적인 잠재력과 다양한 유형의 입자의 수와 관련된 추가 용어와 함께 기술합니다.그러면 dH의 차분 스테이트먼트는

여기i μ는 i형 입자의 입자당 화학 퍼텐셜이고 Ni 그러한 입자의 수입니다.마지막 항은 μdni(시스템에 성분 i의 몰 수 dn을 더한 i, 이 경우에는 몰 화학 퍼텐셜i 더한 i) 또는 μdm(시스템에 성분 i의 질량i 더한 값, 이 경우에는 특정 화학 퍼텐셜을 더한i 값)으로ii 쓸 수도 있습니다.

특성 함수 및 자연 상태 변수

엔탈피(H(S[p], p, {Ni})에너지 표현으로 시스템의 열역학을 나타냅니다.상태의 함수로서 그 인수에는 1개의 집약적 상태 변수와 여러 개의 광범위한 상태 변수가 포함됩니다.표현에서는 상태 변수 S[p], p 및 {Ni}을(를) 자연 상태 변수라고 합니다.주변 요인에 의해 결정되는 프로세스를 기술하는 데 적합합니다.예를 들어 대기권의 가상 소포가 다른 고도로 이동하면 주변의 압력이 변화하고, 그 과정은 종종 너무 빨라서 열 전달에 시간이 너무 적다.이것은 [8]기상학에서 사용되는 소위 단열 근사치의 기초이다.

엔탈피와 결합하면, 열역학계의 또 다른 특징적인 함수는 엔탈피 H로 리스트에서 엔탈피 S[p](H, p, {Ni})가 치환되는 것을 제외하고, 동일한 상태 목록의 함수 S[p](H, p, {N})로서의 엔트로피이다.표현에서는 상태 변수 H, p 및 {Ni}이(가) 자연 상태 변수라고 합니다.실험적으로 제어되는 프로세스를 기술하는 데 적합합니다.예를 들어, Hp는 열 전달을 허용하고 시스템의 [9][10][11]체적을 설정하는 피스톤의 외부 압력만 변경하여 제어할 수 있습니다.

물리적 해석

U라는 용어는 시스템의 에너지이며, pV라는 용어는 환경의 압력이 일정하게 유지되면 시스템을 위한 "공간 확보"에 필요한 작업으로 해석할 수 있습니다.예를 들어 압력 p 및 온도 T에서 부피 V기체n몰이 생성되거나 절대 0에서 현재 상태로 전환될 때 에너지는 내부 에너지 U + pV와 동일하게 공급되어야 합니다. 여기서 pV는 주변(대기압) 압력에 대한 밀어내기 작업입니다.

물리학과 통계역학에서는 일정 체적 시스템의 내부 특성을 연구하는 것이 더 흥미로울 수 있으며, 따라서 내부 에너지가 사용됩니다.[12][13]화학에서 실험은 종종 일정한 대기압에서 수행되며 압력-부피 작업은 대기와의 작고 명확한 에너지 교환을 나타내므로 δH는 반응 에 대한 적절한 표현이다. 엔진의 경우 최종 상태와 초기 상태가 같기 때문에 전체 사이클 후 엔탈피의 변화는 0과 같습니다.

열과의 관계

엔탈피 증가와 열 공급 간의 관계를 설명하기 위해, 우리는 dU = δQ - δW라는 물리 기호 규칙을 사용하여 닫힌 시스템에 대한 제1법칙으로 돌아간다. 여기서 δQ는 전도, 방사선, 가열에 의해 공급된다.표면에서 일정한 압력으로 특수 케이스에 도포합니다.이 경우 작업은 p dV이루어집니다(여기서 p는 표면 압력, dV는 시스템 부피의 증가).장거리 전자기 상호작용의 경우 공식화에서 추가 상태 변수가 필요하며 여기서는 다루지 않는다.이 경우 첫 번째 법칙은 다음과 같습니다.

지금이다,

그렇게

시스템이 일정한 압력을 받는 경우 dp = 0이며 결과적으로 시스템의 엔탈피의 증가는 추가된 열과 동일합니다.

이것이 19세기에 사용되지 않게 된 함량이라는 용어가 사용된 이유입니다.

적용들

열역학에서는 "무(無)"에서 시스템을 생성하기 위한 요건을 결정함으로써 엔탈피를 계산할 수 있습니다. 필요한 기계적 작업 pV는 열역학 시스템을 생성하는 동안 얻은 조건에 따라 다릅니다.

압력 p가 일정하게 유지된다고 가정할 때 주변 입자를 제거하기 위해 에너지가 공급되어야 합니다. 이것이 pV 용어입니다.공급된 에너지는 또한 활성화 에너지, 이온화 에너지, 혼합 에너지, 기화 에너지, 화학 결합 에너지 등을 포함하는 내부 에너지 U의 변화를 제공해야 한다.이 두 가지가 합쳐져 엔탈피 U + pV의 변화를 구성한다.pV 작업 이외의 외부 작업이 수행되지 않은 일정한 압력의 시스템의 경우 엔탈피의 변화는 시스템이 받는 열입니다.

입자의 수가 일정한 단순한 시스템의 경우 엔탈피의 차이는 등압 열역학 프로세스에서 도출할 [14]수 있는 최대 열 에너지량입니다.

반응열

시스템의 총 엔탈피는 직접 측정할 수 없습니다. 대신 시스템엔탈피 변화를 측정합니다.엔탈피 변화는 다음 방정식으로 정의됩니다.

어디에

  • δH는 "엔탈피 변화"입니다.
  • Hf 시스템의 최종 엔탈피(화학 반응에서 제품 또는 시스템의 평형 상태)이다.
  • H는 시스템의 초기 엔탈피(화학 반응에서 반응물의 엔탈피)입니다i.

일정한 압력에서의 발열반응의 경우 엔탈피가 반응물보다 작기 때문에 시스템의 엔탈피 변화 δH는 음수이며, 전기 또는 축 가공이 이루어지지 않으면 반응에서 방출되는 열과 같다.즉,[15] 열의 발생에 의해 엔탈피의 전체적인 감소가 달성됩니다.반대로 정압흡열반응의 경우 δH는 양성이며 반응 중에 흡수되는 열과 같다.

엔탈피의 정의에서 H = U + pV는 일정한 압력에서의 엔탈피 변화는 δH = δU + p δV이다.그러나 대부분의 화학 반응에서 작업 조건 p δV는 내부 에너지 변화 δU보다 훨씬 작으며, 이는 거의 δH와 같다.예를 들어 일산화탄소 2 CO(g2) + O(g) → 2 CO(g2), δH = -566.0 kJ,[16] δU = -563.5 kJ의 연소를 위해 반응엔탈피는 반응에너지 및 결합에너지 해석용어로 표현되는 경우가 많다.

특이 엔탈피

균일한 계통의 특정 엔탈피는 h = H/m로 정의된다. 여기서 m은 계통의 질량이다.특정 엔탈피의 SI 단위는 kg당 줄이다.이것은 h = u + pv로 다른 특정 양으로 표현될 수 있다. 여기서 u는 특정 내부 에너지, p는 압력, v특정 부피로, 여기서 δ밀도인 1/lat같다.

엔탈피 변화

엔탈피 변화는 변환 또는 화학반응이 있을 때 열역학계의 성분에서 관측되는 엔탈피의 변화를 설명한다.이는 프로세스가 완료된 후의 엔탈피(즉, 반응이 완료되었다고 가정한 제품의 엔탈피)와 시스템의 초기 엔탈피(반응물질) 간의 차이입니다.이러한 프로세스는 초기 및 최종 상태에 의해서만 지정되기 때문에 반대의 엔탈피 변화는 순방향 프로세스의 엔탈피 변화의 마이너스입니다.

일반적인 표준 엔탈피 변화는 생성 엔탈피로, 많은 물질에 대해 측정되었습니다.엔탈피 변화는 화학 및 물리 CRC 핸드북과 같은 화학 및 물리적 참조 저작물에 정기적으로 측정 및 편집됩니다.다음은 열역학에서 일반적으로 인식되는 엔탈피 변화의 선택입니다.

이러한 인식된 용어로 사용될 경우 한정자 변경은 일반적으로 폐기되고 속성은 단순히 '프로세스'의 엔탈피라고 불립니다.이러한 특성은 종종 참조 값으로 사용되기 때문에 다음과 같은 표준화된 환경 매개변수 또는 표준 조건에 대해 인용하는 것이 매우 일반적입니다.

  • 1기압(1atm 또는 101.325kPa) 또는 1bar의 압력
  • 25 °C 또는 298.15 K의 온도
  • 용액에 원소 또는 화합물이 있을 때 1.0 M의 농도
  • 정상적인 물리적 상태(표준 상태)의 원소 또는 화합물

이러한 표준화된 값의 경우 일반적으로 엔탈피의 이름 앞에 표준이라는 용어가 붙는다(예: 생성의 표준 엔탈피).

화학적 특성:

  • 반응의 엔탈피. 물질의 한 몰이 완전히 반응할 때 열역학 시스템의 구성 요소에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 생성 엔탈피. 화합물의 1몰이 초기 성분으로부터 형성되었을 때 열역학계의 성분에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의된다.
  • 연소 엔탈피. 물질의 한 몰이 산소와 함께 완전히 연소될 때 열역학 시스템의 구성 요소에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 수소화의 엔탈피.불포화합물의 1몰이 과잉수소와 완전히 반응하여 포화화합물을 형성할 때 열역학계의 성분에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의된다.
  • 원자화의 엔탈피. 물질의 1몰을 구성 원자로 완전히 분리하는 데 필요한 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 중성화의 엔탈피. 산과 염기가 반응할 때 물의 1몰이 형성될 때 열역학계의 성분에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 용액의 표준 엔탈피(Standard Enthalpy of solution), 용질 1몰이 용매 과잉에 완전히 용해되어 용액이 무한히 희석되었을 때 열역학계의 성분에서 관측되는 엔탈피 변화로 정의된다.
  • 표준 변성 엔탈피(생화학), 화합물 1몰 변성에 필요한 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 수화 엔탈피. 1몰의 가스 이온이 물에 완전히 용해되어 1몰의 수성 이온을 형성할 때 관측되는 엔탈피 변화로 정의됩니다.

물리적 속성:

  • 융접 엔탈피. 물질의 1몰 상태를 고체에서 액체로 완전히 바꾸는 데 필요한 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 기화의 엔탈피. 물질의 1몰 상태를 액체에서 기체로 완전히 바꾸는 데 필요한 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 승화의 엔탈피. 물질의 1몰 상태를 고체에서 기체로 완전히 바꾸는 데 필요한 엔탈피 변화로 정의됩니다.
  • 격자 엔탈피. 이온 화합물의 1몰을 무한 거리(인력의 힘이 없음을 의미함)로 분리하는 데 필요한 에너지로 정의됩니다.
  • 혼합의 엔탈피. 두 개의 (비반응) 화학 물질이 혼합되었을 때의 엔탈피 변화로 정의됩니다.

오픈 시스템

열역학적 개방 시스템에서는 (물질의) 질량이 시스템 경계를 드나들 수 있습니다.개방형 시스템에 대한 열역학 제1법칙은 다음과 같습니다.시스템의 내부 에너지 증가는 유입 및 가열에 의해 시스템에 추가되는 에너지 양에서 유출되는 질량 및 시스템에 의해 수행되는 작업 형태로 손실되는 양을 뺀 값과 같습니다.

여기in U는 시스템에 들어가는 평균 내부 에너지이고 Uout 시스템에서 나오는 평균 내부 에너지입니다.

안정적이고 지속적인 작동 중에 개방 시스템에 적용되는 에너지 균형은 시스템에 의해 수행되는 축 작업과 열 첨가된 열과 순 엔탈피 첨가된 열과 같습니다.

개방형 시스템의 경계로 둘러싸인 공간 영역은 일반적으로 제어 볼륨이라고 불리며 물리적 벽에 해당할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.모든 입출력이 표면에 수직이 되도록 제어량의 형상을 선택하면 시스템에 유입되는 질량의 흐름은 시스템에 유입되는 질량의 피스톤과 같은 작업을 수행하고 시스템은 유체의 피스톤을 구동하는 것처럼 질량의 흐름에 대한 작업을 수행합니다.그런 다음 위에서 설명한 흐름 작업(종종 pV 작업이라고도 함)과 터빈이나 펌프와 같은 일부 기계 장치에서 수행할 수 있는 축 작업 등 두 가지 유형의 작업이 수행됩니다.

이 두 가지 유형의 작업은 방정식으로 표현된다.

위의 등식으로 제어량(cv) 산출량을 대입하면 다음과 같습니다.

엔탈피(Enthalpy, H)의 정의를 통해 개방 시스템의 유체 내 내부 에너지와 pV 작업을 모두 고려하기 위해 이 열역학적 잠재력을 사용할 수 있습니다.

시스템 경계도 이동할 수 있도록 허용하면(예: 피스톤 이동으로 인해), 개방 [17]시스템에 대한 일반적인 제1법칙 형식을 얻을 수 있습니다.시간 파생상품의 관점에서 보면 다음과 같습니다.

열이 공급되고 질량이 시스템으로 유입되며 경계가 이동하는 다양한 장소 k에 대한 합계가 표시됩니다.δ항k 엔탈피 흐름을 나타내며 다음과 같이 기술할 수 있습니다.

위치 k에서 질량 흐름과 몰 흐름 각각 θkk 한다.dVk/dt라는 용어는 시스템에 의해 pV 전원이 공급되는 위치 k의 시스템 볼륨 변화율을 나타냅니다.파라미터 P는 샤프트 파워와 같은 시스템에 의해 실행되는 다른 모든 형태의 전력을 나타내지만, 예를 들어 전력 발전소에서 생산되는 전력일 수도 있습니다.

앞의 표현은 시스템 입구와 [clarification needed]출구 사이에 운동 에너지 유량이 보존되어 있는 경우에만 해당됩니다.그렇지 않으면 엔탈피 잔액에 포함되어야 합니다.장치정상 상태 작동 중(터빈, 펌프엔진 참조) 평균 dU/dt는 0으로 설정될 수 있습니다.이것은 화학반응이 없을 때 이러한 장치의 평균 발전량을 나타내는 유용한 표현입니다.

여기서 꺽쇠 괄호는 시간 평균을 나타냅니다.엔탈피의 기술적 중요성은 위에서 공식화한 개방형 시스템의 제1법칙에 엔탈피가 존재하는 것과 직접적으로 관련이 있다.

도표

질소 [18]T-s 다이어그램.왼쪽의 빨간 곡선이 녹는 곡선입니다.빨간색 돔은 저엔트로피 쪽은 포화 액체, 고엔트로피 쪽은 포화 가스를 포함한 2상 영역을 나타냅니다.검은색 곡선은 등각선을 따라 T-s 관계를 나타낸다.압력은 막대로 표시됩니다.파란색 곡선은 등각선(상수 엔탈피의 곡선)입니다.값은 파란색(kJ/kg)으로 표시됩니다.구체적인 포인트 a, b 등은 본문에서 다루어진다.

중요 물질의 엔탈피 값은 시판 소프트웨어를 사용하여 얻을 수 있습니다.실질적으로 모든 관련 재료 특성은 표 형식 또는 그래픽 형태로 얻을 수 있습니다.다양한 압력에 대한 온도 함수로 특정 엔탈피를 제공하는 h-T 다이어그램과 다양한 T에 대한 p 함수로 h를 제공하는 h-p 다이어그램과 같은 많은 유형의 다이어그램이 있다.가장 일반적인 그림 중 하나는 온도별 엔트로피 다이어그램(Ts 다이어그램)입니다.이소바 및 등잔류와 함께 융해곡선과 포화액체 및 증기값을 제공합니다.이 그림들은 열 엔지니어가 사용할 수 있는 강력한 도구입니다.

기본적인 응용 프로그램

그림의 a~h 포인트는 이 섹션의 설명에서 중요한 역할을 합니다.

포인트 T(K) p(바) s(kJ/(kg K)) h (kJ/kg)
a 300 1 6.85 461
b 380 2 6.85 530
c 300 200 5.16 430
d 270 1 6.79 430
e 108 13 3.55 100
f 77.2 1 3.75 100
g 77.2 1 2.83 28
h 77.2 1 5.41 230

지점 e와 g는 포화 액체, 지점 h는 포화 기체이다.

슬롯링

정상 상태에서의 스로틀 개략도.유체는 점 1에서 시스템(점 직사각형)으로 들어가 점 2에서 남습니다.질량 흐름은 입니다.

엔탈피 개념의 단순한 적용 중 하나는 줄이라고도 하는 이른바 스로틀링 프로세스입니다.톰슨 확장.그림과 같이 유체의 흐름 저항(밸브, 다공질 플러그 또는 기타 유형의 흐름 저항)을 통한 지속적인 단열 흐름과 관련이 있습니다.이 프로세스는 국내 냉장고의 핵심으로 주변 온도와 냉장고 내부 사이의 온도 하락을 담당하기 때문에 매우 중요합니다.많은 액상화기의 마지막 단계이기도 하다.

정상 상태 흐름의 경우 시스템(점 직사각형)의 엔탈피가 일정해야 합니다.이런 이유로

질량 흐름은 일정하기 때문에 흐름 저항 양쪽의 특정 엔탈피는 동일합니다.

즉, 단위 질량당 엔탈피는 스로틀 중에 변경되지 않습니다.이 관계의 결과는 위의 T-s 다이어그램을 사용하여 입증할 수 있습니다.지점 c는 200bar 및 실온(300K)에 있습니다.A Joule-200bar에서 1bar로 확장되는 Thomson은 약 425kJ/kg의 일정한 엔탈피 곡선을 따라가며(그림에는 표시되지 않음), 400~450kJ/kg의 이멘탈프 사이에 위치하며 약 270K의 온도에서 끝납니다.따라서 200bar에서 1bar로 확장하면 질소가 300K에서 270K로 냉각됩니다.밸브는 마찰이 많고 엔트로피가 많이 발생하지만 최종온도는 여전히 시작값보다 낮다.

지점 e는 h = 100 kJ/kg의 포화 액체 라인에 오도록 선택한다.이는 대략 p = 13 bar, T = 108 K와 일치한다.이 지점에서 압력 1bar까지 조절하면 2상 영역( f)에서 끝납니다.이것은 가스와 액체의 혼합물이 스로틀 밸브를 떠난다는 것을 의미합니다.엔탈피는 광범위한 파라미터이므로 f(hf)의 엔탈피는 g(hg)의 엔탈피에 f(xf)의 액분율을 곱한 h(hh)의 엔탈피에 f(1 - xf)의 가스분율을 곱한 것과 같다.그렇게

숫자일 경우: 100f = x 28 + (1f - x) × 230이므로f x = 0.64입니다.즉, 조절 밸브를 벗어나는 액체-가스 혼합물의 액체 질량 비율이 64%입니다.

압축기

정상 상태에 있는 컴프레서의 개략도.유체는 점 1에서 시스템(점 직사각형)으로 들어가 점 2에서 남습니다.질량 흐름은 입니다.전력 P를 인가하고 주위 온도a T에서 열류 Qθ를 주위에 방출한다.

전력 P는 예를 들어 전력으로서 인가된다.압축이 단열일 경우 가스 온도가 상승합니다.가역적인 경우, 그것T-s 다이어그램의 수직선에 해당하는 일정한 엔트로피일 것이다.예를 들어 질소를 1bar(점 a)에서 2bar( b)로 압축하면 온도가 300K에서 380K로 상승합니다.압축가스를 주위온도a T에서 배출하기 위해서는 예를 들어 냉각수에 의한 열교환이 필요하다.이상적인 경우 압축은 등온입니다.주변으로의 평균 열 흐름은이다.시스템이 안정된 상태이기 때문에 제1법칙은

압축이 가역적일 경우 압축에 필요한 최소 전력이 실현됩니다.이 경우, 개방형 시스템을 위한 열역학 제2법칙은 다음과 같습니다.

Q를 배제함으로써 최소한의 전력으로 실현

예를 들어 1kg의 질소를 1bar에서 200bar로 압축하려면 최소 (hc - ha) - Ta(sc - s)a 비용이 듭니다.T-s 다이어그램으로 얻은 데이터를 통해 (470 - 461) - 300 × (5.16 - 6.85) = 476 kJ/kg의 값을 찾을 수 있다.

검정력 관계는 다음과 같이 쓰면 더욱 단순화할 수 있습니다.

dh = T ds + v dp일 , 이는 최종 관계를 나타낸다.

역사와 어원

엔탈피라는 용어는 열역학 역사에서 비교적 늦은 20세기 초에 만들어졌다.에너지는 1802년 토마스 영에 의해 현대적 의미로 도입되었고 엔트로피는 1865년 루돌프 클라우시우스에 의해 만들어졌다.에너지는 ""을 뜻하는 그리스어 γννννν(에곤)의 어원을 사용하여 일을 수행할 수 있는 능력의 개념을 표현한다.Entropy uses the Greek word τροπή (tropē) meaning transformation or turning.엔탈피는 그리스어 "따뜻함, 더위"[19]의 어원을 사용한다.

dH는 일정한 압력에서만 프로세스에서 [21]획득되는 열의 양을 의미하지만 압력이 [22]가변적인 일반적인 경우에는 그렇지 않기 때문에 이 용어는 [20]함량의 구식 개념을 나타냅니다.Josiah Willard Gibbs는 [note 2]명확성을 위해 "항상 압력에 대한 열 함수"라는 용어를 사용했다.

" 함량" H의 개념은 Benoot Paul Emile Clapeyron과 Rudolf Clausius와 관련이 있다(Clausius-Clapeyron 관계, 1850).

엔탈피라는 용어는 [23]1909년에 처음 출판되었다.이는 헤이케 카메를링 오네스가 1년 전 파리에서 [24]열린 냉동연구소의 첫 회의에서 구두로 소개한 것으로 알려졌다.그것은 1920년대에야 통용되었고, 특히 1927년에 출판된 '몰리에 증기 표와 도표'를 통해 널리 퍼졌다.

1920년대까지, H 기호는 일반적으로 "열"을 의미하는 데 다소 일관성이 없었다.H의 정의는 엔탈피 또는 "정압에서의 열 함량"으로 엄격히 제한된다고 1922년 [25][26]Alfred W. Porter에 의해 공식적으로 제안되었다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^
  2. ^ J. 윌러드 깁스의 작품집, 제1권는 엔탈피라는 단어를 참조하지 않고 "항압에 대한 열 함수"를 참조합니다.참조:Henderson, Douglas; Eyring, Henry; Jost, Wilhelm (1967). Physical Chemistry: An Advanced Treatise. Academic Press. p. 29.

레퍼런스

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  19. ^ 그리스-영국 어휘집 άλςςς a a 【ςς a
  20. ^ Howard(2002)는 An Advanced Treatise on Physical Chemistry(1949)의 J. R. Partington을 인용하여 함수 H를 "보통 열 함량"이라고 불렀습니다.
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  24. ^ 참조:
  25. ^ Porter, Alfred W. (1922). "The generation and utilisation of cold. A general discussion". Transactions of the Faraday Society. 18: 139–143. doi:10.1039/tf9221800139.; 페이지 140 참조.
  26. ^ Howard, Irmgard (2002). "H Is for Enthalpy, Thanks to Heike Kamerlingh Onnes and Alfred W. Porter". Journal of Chemical Education. 79 (6): 697. Bibcode:2002JChEd..79..697H. doi:10.1021/ed079p697.

참고 문헌

외부 링크