אנתלפיה

בתרמודינמיקה, אנתלפיה היא פוטנציאל תרמודינמי השווה לסכום האנרגיה הפנימית של המערכת ומכפלת הלחץ והנפח שלה. חשיבותה העיקרית נובעת מכך שבתהליכים המתרחשים בלחץ קבוע, השינוי באנתלפיה נותן את כמות החום שזרמה אל המערכת (או ממנה, אם השינוי שלילי).

רעיון האנתלפיה הוצג לראשונה ב-1875 על ידי ג'וסיה וילארד גיבס. אף על פי כן, גיבס לא השתמש בכתביו במונח "אנתלפיה", שהוטבע לראשונה ב-1909.

האנתלפיה מסומנת באות $H$, ומוגדרת כ: $$\ H=U+PV$$ כאשר

• $U$ היא האנרגיה הפנימית של המערכת
• $P$ היא הלחץ
• $V$ היא הנפח

המשתנים הטבעיים של האנתלפיה הם האנטרופיה $S$, הלחץ $P$ ומספר החלקיקים $N_{i}$ מסוג $i$. מערכת שמשתנים אלה הם המשתנים הנשלטים שלה תהיה בשיווי משקל תרמודינמי כאשר האנתלפיה במינימום.

האנתלפיה היא הפוטנציאל התרמודינמי שמתקבל כאשר עושים התמרת לז'נדר על האנרגיה הפנימית, כך שהלחץ הופך למשתנה נשלט - במקום הנפח. הדיפרנציאל של האנתלפיה מתקבל מהדיפרנציאל של האנרגיה הפנימית:

$dH=dU+d(PV)=\delta Q+VdP+\sum _{i}\mu _{i}dN_{i}$.

כאשר $\delta Q$ הוא מעבר חום אינפיניטסימלי, שמקיים $\delta Q\leq TdS$, כאשר השוויון מתקיים עבור תהליכים הפיכים.

החשיבות של האנתלפיה נובעת מכך שבתהליכים שמתקיימים בלחץ קבוע (תהליכים איזובריים), כפי שלרוב קורה בתגובות כימיות: $dP=0$, והשינוי באנתלפיה נותן את החום שהמערכת סופגת או פולטת. הסימן של השינוי קובע האם התהליך הוא אנדותרמי (כלומר סופג חום, ואז הסימן חיובי) או אקסותרמי (כלומר פולט חום, ואז הסימן הוא שלילי).

ניתן באמצעות השוואת דיפרנציאלים לקבל ש:

$T=\left({\frac {\partial H}{\partial S}}\right)_{p,{N_{i}}}$

$V=\left({\frac {\partial H}{\partial p}}\right)_{S,{N_{i}}}$

$\mu _{i}=\left({\frac {\partial H}{\partial N_{i}}}\right)_{S,p,{N_{j}(j\neq i)}}$

הסבר אינטואיטיבי למושג האנתלפיה

האנתלפיה של מערכת מסוימת היא במובן מסוים האנרגיה שיש להשקיע כדי ליצור את המערכת "יש מאין", כאשר הסביבה מצויה בלחץ קבוע P (השווה ללחץ הגז במערכת). כלומר, עבור מערכת בעלת אנרגיה פנימית U, נפח V ולחץ P, כדי ליצור את המערכת יש קודם כל להשקיע את האנרגיה הפנימית U של המערכת (למשל, בעזרת חימום המערכת החל מן האפס המוחלט), ושנית, יש לפנות עבור המערכת נפח בגודל V בסביבה שמפעילה לחץ אחיד P, כך שהאנרגיה הכוללת שהושקעה היא למעשה האנתלפיה $H=U+PV$.

במסגרת פרשנות זאת, תהליכים משמרי אנתלפיה (תהליכים איזואנתלפיים) הם תהליכים עבורם האנרגיה הדרושה כדי ליצור יש מאין את המערכת (אנרגיית ההתהוות של המערכת) זהה בכל מצב בו המערכת עוברת במהלך המסלול התרמודינמי שלה. בתרגום לשפת התרמודינמיקה, פירוש הדבר הוא שבתהליך איזואנתלפי, סך כל אנרגיית החום שהושקעה, העבודה המכנית על המערכת והשינוי באנרגיה הקינטית של זרימת הגז (הגודל האחרון רלוונטי לבעיות של זרימה דחיסה בנחיר דה לאוואל) שווה לאפס.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אנתלפיה בוויקישיתוף

• אנתלפיה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)

ערך זה הוא קצרמר בנושא פיזיקה. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולהרחיב אותו.