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Enthalpie

L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu pendant la transformation isobare d'un système thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la...) au cours de laquelle celui-ci reçoit ou fournit un travail mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission,...).

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.)

Considérons une transformation monobare au cours de laquelle le système passe d’un état A à un état B d’équilibres en échangeant de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) Q_p \; et du travail uniquement par l’intermédiaire des forces de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) W_{f,p} \;.

Le premier principe permet d’écrire :

\Delta U = U_B - U_A = Q_p + W_{f,p} \;

U étant la fonction d'état énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet...)

À pression constante le travail des forces de pression est égal à :

W_{f,p} = - p \Delta V = - p (V_B - V_A) \;
U_B - U_A = Q_p - p (V_B - V_A) \;

D'où :

Q_p = (U_B + pV_B) - (U_A + pV_A) \;

On définit ainsi une nouvelle fonction d’état, la fonction enthalpie (L'enthalpie (du préfixe en- et du grec thalpein: chauffer) est une fonction d'état de la thermodynamique, dont la variation permet d'exprimer la quantité de chaleur mise en jeu...) H (U,p,V) \;

H = U + pV \;

Il s’ensuit que :

Q_p = H_B - H_A = \Delta H \;

Par conséquent, à pression constante, la chaleur mise en jeu, qui n’est pas une fonction d’état, devient égale à la variation de la fonction d’état enthalpie H. La variation de cette fonction ne dépend que de l’état final et de l’état initial du système et est indépendante du chemin suivi par la transformation.

C’est l’intérêt de l’application de la fonction enthalpie dans les cas très courants de transformations effectuées à l’air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres...) libre, à pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) constante.

Cette propriété est à la base de la calorimétrie (La calorimétrie est la partie de la thermodynamique qui a pour objet la mesure des quantités de chaleur. On utilise pour cela un calorimètre. Celui-ci peut fonctionner soit à pression...) à pression constante. Par abus de langage on confond souvent les termes chaleur et enthalpie.

Propriétés

L'enthalpie a la dimension (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) d'une énergie, et s'exprime en joules dans le système International.

La propriété mathématique induite pour toute fonction d'état implique que sa différentielle est totale exacte c'est-à-dire qu'elle est égale à la somme des différentielles partielles par rapport à chaque variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En...).

Différentielle de l'enthalpie

H = U + pV\;

dH = dU + pdV + Vdp \;

  • Appliquons le premier principe

dU = \delta Q - pdV\;

dH = \delta Q - pdV + pdV + Vdp \ = \delta Q + Vdp \;

  • Appliquons le second principe

\delta Q = TdS \; si la transformation est réversible.

d'où

dH = TdS + Vdp\;

Réaction Isenthalpique

Une réaction isenthalpique est une réaction où l'enthalpie ne varie pas. Un bon exemple est la détente de Joule-Thomson

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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