Wo ist der Unterschied zwischen der inneren Energie und Enthalpie?

Hallo,

Ist das erste beim konstetem Volumen und Enthalpie beim konstanten Druck die wärme?

Danke im voraus

2 Antworten

Von Experte michiwien22 bestätigt

Hamburger02

Von gutefrage auf Grund seines Wissens auf einem Fachgebiet ausgezeichneter Nutzer

Mathematik, Energie, Physik

17.10.2020, 23:37

Ist das erste beim konstetem Volumen und Enthalpie beim konstanten Druck die wärme?

Ahhhh.....Schreikrampf. Wie ich ja bereits erläutert habe ist Wärme eine Prozessgröße, innere Energie und Enthalpie sind aber Zustandsgrößen. Jaja, ich weiß, früher und auch heute noch von einigen Lehrern und thermodynamischen Halblaien wird bei innerer Energie und Enthalpie immer noch vom Wärmeinhalt eines Systems gesprochen, aber das widerspricht ganz eindeutig den Defintionen und der reinen Lehre der TD, auf die ich getrimmt bin. Deshalb kriege ich jedesmal einen Anfall, wenn ich das höre oder lese. Aber seis drum, darum geht es hier gar nicht.

Wir hatten ja schon geschlossene Systeme, wie z.B. einen geschlossenen Zylinder, bei dem eine Volumenänderung im Rahmen eines Prozesses die Systemgrenze verschiebt und dadurch Arbeit verrichtet wird.

Die innere Energie war eine reale Größe und gab den Energiegehalt eines Systemes aufgrund seiner Temperatur an.

Die Enthalpie ist keine reale Größe mehr, sondern ein künstlicher und abstrakter Begriff, eine rein rechnerische Größe, die aber unheimlich praktisch bei der Berechnung von offenen Systemen oder stationären Fließprozessen (wie z.B. in einer Turbine) ist.

Man sollte sich also nicht zu viele Knoten ins Hirn machen, um diesem Begriff eine praktische Vorstellung zuordnen zu wollen.

Prozesse, bei denen sie enorm praktisch ist, sind z.B. chemische Reaktionen in einem offenen System. Das kann z.B. eine Oxydation sein, bei der Verbrennungsgase entstehen. Die freiwerdende Reaktionswärme erwärmt die Verbrennungsgase. Deren innere Energie kann man wieder wie bei einem geschlossenen System aus deren Temperatur und Masse bestimmen. Nach dem 1. HS müsste man aber auch die Volumenänderungsarbeit berücksichtigen gemäß
ΔU = Q + W = Q * pΔV

Nun ist es aber bei einem offenen System so, dass die im Volumen stark ausgedehnten Verbrennungsgase einfach so in die Umwelt entweichen, ohne dabei irgendeine Arbeit zu verrichten. Die Volumenänderungsarbeit verpufft sozusagen wirkungslos in der Umwelt. Das müssen wir rechnerisch irgendwie berücksichtigen, damit weiterhin der Energieerhaltungssatz korrekt angewendet werden kann.

Es gilt dann bei isobaren Zustandsänderungen:

dQ = dH = dU + pdV

Das kann man dann so interpretieren. Die meisten chemischen Reaktionen verlaufen bei Umgebungsdruck, also isobar.

Um nicht gegen den Energieerhaltungssatz zu verstoßen, gilt:
dQ = dH,
also die freiwerdende Reaktionswärme erhöht die Enthalpie der Verbrennungsprodukte im gleichen Maße.

Wenn ich aber nun die innere Energie der Reaktionsprodukte gemäß der Formel ausrechne:
ΔU = m * C * ΔT
und schreiben würde
Q = ΔU, wäre der 1. HS verletzt, weil die in der Umwelt verpuffte Volumenänderungsarbeit dann sozusagen eine verschwundene Energiemenge wäre. Das darf es aber nicht geben.

Also wird die "verlorene" Volumenänderungsarbeit mit dem Term pΔV bzw. pdV berücksichtigt, um sie sozusagen wenigstens rechnerisch wieder zurückzuholen.

Wie gesagt, es soll die ganze Rechnerei durch den Trick mit der Enthalpie vereinfacht werden. Man spart sich vor allem die Berücksichtigung und die Berechnung der Volumenänderung der Reaktionsprodukte, die ziemlich lästig werden kann und sowieso fast nie interessiert. Das wäre viel Aufwand um nichts und den will man sich mit der Enthalpie ersparen.