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Niveau maths sup
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Qu'est-ce que l'enthalpie ?

Posté par
Samarinke
28-08-16 à 12:29

Bonjour,

Je ne comprends pas ce que "représente" l'enthalpie. J'ai bien compris que c'était la somme de U et de PV, mais je ne comprends pas ce que représente ce terme PV.

D'après ce que j'ai pu lire sur le net, c'est le travail qu'a dû fournir le système pour occuper son volume. Donc si je comprends bien, dans le cas d'un gaz par exemple, c'est l'énergie qu'il a fallu dépenser pour le faire passer d'un état "libre" à un état comprimé. Or quand on travaille sur le travail élémentaire, on n'utilise pas de différentielle totale exacte ce qui signifie que le travail dépend du chemin suivi. Le travail PV dont je parle n'a donc pas de sens puisqu'il peut ainsi prendre plusieurs valeurs, selon le "chemin" (j'espère que je suis clair).

D'autres incohérences me viennent à l'esprit : par exemple, pourquoi ce PV n'est il pas déjà inclus dans l'énergie interne à l'échelle microscopique ?

Tout cela est assez confus dans mon esprit, quelqu'un pourrait-il m'aider ?

Merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Qu'est-ce que l'enthalpie ? 28-08-16 à 17:43

Bonjour
Historiquement, La thermodynamique est avant tout l'étude des quantités de chaleur  (transferts thermiques). Pour un système fermé évoluant de façon isochore, ce transfert est égal à la variation d'énergie interne. Ce transfert thermique est égal à la variation d'enthalpie pour un système fermé évoluant de façon isobare ou monobare. Cela constitue l'intérêt principal de cette fonction d'état car la plupart des évolutions d'un système fermé évoluant à l'air libre peuvent être considérées comme monobares. Tu découvriras plus tard d'autres intérêts de cette fonction d'état, en particulier pour l'étude des systèmes ouverts.

Posté par
Samarinke
re : Qu'est-ce que l'enthalpie ? 29-08-16 à 01:40

Merci de votre aide, mais ma question portait sur ce que représente l'enthalpie comme réalité physique.

Je connais mon cours mais je ne le comprend pas : dans H = U + PV, je conçois très bien ce que représente U mais le terme PV m'est très abstrait. Pourriez-vous m'éclairer ?

Posté par
vanoise
re : Qu'est-ce que l'enthalpie ? 29-08-16 à 17:48

Bonjour
Justement, ce terme "PV" a été ajouté à U pour obtenir une nouvelle fonction d'état qui a la propriété très intéressante  de vérifier : Q = H pour une transformation isobare ou monobare d'un système fermé. Comme déjà dit, cette propriété est très pratique car les évolutions à l'air libre sont en général monobare et on peut ainsi calculer Q comme une variation de fonction d'état. C'est à cause de cette propriété que, par exemple en calorimétrie, lorsqu 'on mélange de la glace à de l'eau, il est possible de faire les calculs de quantités de chaleur en imaginant un chemin fictif simple composé de plusieurs étapes simples : la glace se réchauffe puis la glace fond puis...
Je te fais la démonstration pour une évolution monobare, elle est évidente pour une évolution isobare.
Si l'évolution entre un état 1 et un état 2 est monobare :
1° la pression extérieure Pe est fixe (en général la pression atmosphérique)
2° l'état initial et l'état final correspondent à un état d'équilibre mécanique : P1=Pe et P2 = Pe, la pression P du système  variant au cours de l'évolution.
\triangle H=\left(U_{2}+P_{2}V_{2}\right)-\left(U_{1}+P_{1}V_{1}\right)=\left(U_{2}-U_{1}\right)+P_{e}\left(V_{2}-V_{1}\right)
 \\ 
 \\ \left(U_{2}-U_{1}\right)=Q+W\quad;\quad W=-\intop_{V_{1}}^{V_{2}}P_{e}\cdot dV=-P_{e}\left(V_{2}-V_{1}\right)
 \\ 
 \\ \triangle H=\left(U_{2}-U_{1}\right)+P_{e}\left(V_{2}-V_{1}\right)=Q-P_{e}\left(V_{2}-V_{1}\right)+P_{e}\left(V_{2}-V_{1}\right)=Q

Posté par
Samarinke
re : Qu'est-ce que l'enthalpie ? 30-08-16 à 14:12

Merci de votre réponse.
Si j'ai bien compris donc, l'enthalpie est donc une fonction mathématique qui n'a pas réellement de sens physique et qui ne sert qu'à simplifier certains calculs ?

Posté par
vanoise
re : Qu'est-ce que l'enthalpie ? 30-08-16 à 14:31

Bonjour
On peut effectivement dire que l'enthalpie n'a pas un sens physique aussi immédiat que l'énergie interne ; c'est une fonction d'état qui a été inventée pour faciliter certaines déterminations de grandeurs physiques, les transferts thermiques en particuliers. Ce n'est pas un hasard si le mot "enthalpie" dérive d'un mot grec qui veut dire "chaleur". Tu verras dans la suite de ton cours qu'elle a de nombreux autres intérêts pratiques. En thermodynamique chimique comme lors de l'étude de machines tels que les réfrigérateurs, les pompes à chaleurs, les centrales électriques, etc..., tu verras que l'enthalpie est beaucoup plus utile que l'énergie interne...



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