エンタルピーとは?
エンタルピー(H)は、系が持つ全熱量を表す熱力学的な状態量です。系の内部エネルギー(U)に、圧力(P)と体積(V)の積を加えたものとして定義されます。とくに化学や工学の分野で重宝されるのは、圧力一定の条件下ではエンタルピー変化が外界とやり取りした熱量とそのまま一致するためです。
この計算ツールの使い方
まず計算モードを選びます。系の内部エネルギー・圧力・体積から絶対エンタルピーを求めたいときはエンタルピー(\(H = U + PV\))を選択してください。圧力一定のプロセスではエンタルピー変化(\(\Delta H = \Delta U + P\Delta V\))を選び、内部エネルギーの変化量と体積の変化量を入力します。数値はSI単位で入力します。内部エネルギーはジュール(J)、圧力はパスカル(Pa)、体積は立方メートル(m³)です。結果はジュール単位で表示されます。
計算式の解説
定義式は$$H = U + P \cdot V$$です。\(P \cdot V\) の項は流動仕事(フローワーク)を表し、圧力 \(P\) のもとで系が占める空間を確保するために必要なエネルギーに相当します。圧力一定のプロセスでは微分形が$$\Delta H = \Delta U + P \cdot \Delta V$$となり、これが \(\Delta H\) が定圧反応熱を意味する理由です。
計算例
たとえば、ある気体の内部エネルギーが \(U = 1000\ \text{J}\)、圧力が \(P = 101{,}325\ \text{Pa}\)、体積が \(V = 0.01\ \text{m}^3\) だとします。圧力・体積の項は \(101{,}325 \times 0.01 = 1013.25\ \text{J}\) なので、エンタルピーは $$H = 1000 + 1013.25 = \mathbf{2013.25\ \text{J}}$$ となります。
よくある質問
どの単位を使えばよいですか? 結果をジュールで得るには、SI単位(J、Pa、m³)を使ってください。atm やリットルなど異なる単位が混在している場合は、先に換算する必要があります。
エンタルピーの値が大きくなるのはなぜですか? パスカルで表した圧力が大きな数値になるためです。\(1\ \text{atm} \approx 101{,}325\ \text{Pa}\) なので、わずかな体積でも \(P \cdot V\) の項はかなり大きくなります。
ΔH は熱量と等しいのですか? 圧力一定で膨張以外の仕事がない場合、\(\Delta H\) は系が吸収または放出した熱量と等しくなります。