FORMULES de PHYSIQUE
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ENTHALPIE (ou éNERGIE ENTHALPIQUE)
-enthalpie
L'enthalpie (stricto sensu) est l'énergie dépensée pour assumer un changement d’état interne dans un système.
On la nomme aussi énergie enthalpique. C’est une variable d’état.
Equation aux dimensions structurelles : L2.M.T-2 Symboles : H pour l’enthalpie générale et G pour l’enthalpie libre Unité S.I.+ : Joule(J)
ENTHALPIE d'un SYSTÈME
ΔH = m.c'p.ΔT et ΔH = Cp.ΔT
avec ΔH(J)= variation d’enthalpie pour un gaz
Cp(J/kg-K)= capacité thermique du gaz (à pression constante)
ΔT(K)= variation de température
m(kg)= masse de matière.
c'p(J/kg-K)= capacité thermique massique (à pression constante)
Rappel : H = S.T + p.V où S(J/K) est l'entropie, p(Pa) la pression et V(m3) le volume
On a aussi H = U + p.V si le système inclut un fluide de volume V (m3) et de p(Pa)= pression, supposée uniformément constante, avec U(J) énergie interne
ENTHALPIE LIBRE (G) dite de Gibbs en terminologie anglo-saxonne
C'est l'enthalpie qui reste quand, de l'enthalpie globale, on a déduit la part d'énergie due à la modification d'entropie
G = H - S.T
où G(J)= enthalpie libre
H(J)= enthalpie globale
le produit (S.T)(J)= énergie perdue à modifier l'entropie pendant le changement de PHASE
S(J/K)= entropie et T(K)= température, supposée identique dans le système et au-dehors
Cette équation, écrite sous la forme S.T = (H - G) montre que si S croît (parce que le système n’est plus en équilibre) ,G diminue.
Et quand G (l'enthalpie libre) est au minimum, la transformation de changement de PHASE s'arrête et on va à l'équilibre
Donc parallèlement, l’équilibre est un compromis entre une entropie, qui a tendance à augmenter et une énergie (libre) qui a tendance à s'annuler
Dans une réaction chimique, la diminution d’enthalpie libre favorise l’affinité chimique (tendance à combinaison)
Nota: les énergies ci-dessus H, G, F, U et l'entropie S sont les potentiels thermodynamiques et ce sont des "fonctions d’état", ne dépendant que des états initial et final du système
RELATIONS de GIBBS-HELMHOLTZ
Quand seule la température varie:
Δ(F / T) / ΔT = - U / T² et Δ(G / T) / ΔT = - H / T²
mêmes notations que ci-dessus, avec en outre
T(K)= température
U(J)= énergie interne
H(J)= enthalpie
-modification d’enthalpie -c'est le terme remplaçant "chaleur latente":
C'est l’énergie dépensée lors d’un changement d’Etat et on dit maintenant :
---"Absorption d’enthalpie" pour l’énergie nécessaire aux transformations de : Fusion, Sublimation , Vaporisation, Réaction chimique endothermique.
---"Emission d’enthalpie" pour l’énergie nécessaire aux transformations de : Condensation, Liquéfaction, Solidification, Réaction chimique exothermique
L’énergie enthalpique nécessaire au changement de PHASE est égale au produit S.T
Exemple pour l'eau :
l'enthalpie spécifique (ex chaleur latente ou chaleur sensible ou absorption d'enthalpie) est l'énergie calorifique contenue dans un kg d'eau qui est à l'ébullition
-la loi de Kirchhoff donne la variation d'enthalpie
ΔH = T. ΔC
où ΔH(J)= variation d’enthalpie (à température ambiante)
ΔC(J/K)= variation de capacité thermique dans une réaction, entre arrivée et départ
T(K)= température
-la loi de Hess précise que la différence d’enthalpie entre entrée et sortie de réaction ne dépend pas du cheminement de celle-ci