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Energia interna ed entalpia di un gas perfetto

1845
  • James Prescott Joule
Apparecchiatura di laboratorio per la misurazione dell'energia interna e dell'entalpia di un gas perfetto in termodinamica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Per un gas perfetto, l'energia interna ([latex]U[/latex]) e l'entalpia ([latex]H[/latex]) sono funzioni solo della temperatura. Le loro variazioni sono date da [latex]Delta U = m c_v Delta T[/latex] e [latex]Delta H = m c_p Delta T[/latex], dove [latex]c_v[/latex] e [latex]c_p[/latex] sono i calori specifici a volume costante e pressione, rispettivamente, e si presume siano costanti.

Un principio cardine del modello del gas perfetto è che la sua energia interna dipende esclusivamente dalla sua temperatura. Questo fu dimostrato sperimentalmente da James Prescott Joule nei suoi esperimenti di espansione. Per un gas ideale, l'energia interna è la somma delle energie cinetiche delle sue molecole costituenti. Poiché la temperatura è una misura dell'energia cinetica media, l'energia interna è una funzione della temperatura. Il modello del gas perfetto semplifica ulteriormente questo concetto assumendo una relazione lineare attraverso un calore specifico costante a volume costante, [latex]c_v[/latex]. Pertanto, la variazione dell'energia interna specifica è [latex]Delta u = c_v Delta T[/latex].

Enthalpy ([latex]H[/latex]) is a thermodynamic potential defined as [latex]H = U + PV[/latex]. For a perfect gas, using the ideal gas law ([latex]PV = nRT[/latex]), enthalpy becomes [latex]H = U(T) + nRT[/latex], which is also a function of temperature only. The change in specific enthalpy is similarly given by [latex]\Delta h = c_p \Delta T[/latex], where [latex]c_p[/latex] is the constant specific heat at constant pressure. This simplification is immensely powerful in engineering, as it allows for straightforward calculation of energy changes in processes like compression, expansion, and heating without needing complex tables or equations of state, forming the basis for analyzing engines, refrigerators, and power plants.

UNESCO Nomenclature: 2212
- Termodinamica

Tipo

Modello teorico

Interruzione

Fondamento

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • prima legge della termodinamica
  • esperimento di espansione di Joule
  • concetto di energia interna
  • legge dei gas ideali
  • definizione di entalpia

Applicazioni

  • analisi dei cicli termodinamici (ad esempio, Brayton, Otto)
  • calcolo del trasferimento di calore nei sistemi a gas
  • progettazione di scambiatori di calore
  • modellazione di turbine a gas e motori a reazione
  • ingegneria dei processi chimici per calcoli di bilancio energetico

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Argomenti correlati: energia interna, entalpia, gas perfetto, prima legge di Joule, calore specifico, temperatura, termodinamica, bilancio energetico, trasferimento di calore, cicli termodinamici.

Contesto storico

Energia interna ed entalpia di un gas perfetto

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1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850
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(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

Invenzioni, innovazioni e principi tecnici correlati

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