La entalpía H = U + PV surge naturalmente a presión constante
Calienta un gas a presión constante y parte del calor sube la energía interna mientras parte escapa como trabajo de expansión. La entalpía, H = U + PV, junta esas dos cosas.
Agrega calor. A presión constante el gas se expande, así que el calor se reparte entre una subida de energía interna y trabajo de expansión. No todo va a la temperatura. Así que para subir la temperatura la misma cantidad, hace falta más calor a presión constante, donde el pistón es empujado hacia afuera y parte del calor se escapa como trabajo de expansión, que en un recipiente rígido de volumen fijo.
La entalpía es la energía interna más PV. Cambia el volumen y mira crecer la barra PV. H = U + PV se apila como una sola propiedad de estado, y para un gas ideal H también es función solo de la temperatura. A diferencia del trabajo o el calor, H es una propiedad de estado fijada solo por el estado actual, así que la diferencia de entalpía entre dos estados es siempre la misma sin importar el camino recorrido.
Cambia los dos casos. A volumen constante no se hace trabajo, así que el calor es solo ΔU. A presión constante el calor se vuelve ΔH directamente. El calor a presión constante es un cambio de entalpía. Los calores de reacción que aparecen en un libro de química se dan casi siempre como entalpías por la misma razón: los experimentos ocurren a presión constante y abiertos a la atmósfera, así que el calor intercambiado es exactamente el cambio de entalpía.
Ahora un sistema abierto. Para empujar fluido a través de la frontera debes hacer trabajo contra la presión, igual a PV. Desliza para meterlo: este trabajo de flujo es exactamente PV. Cuando el agua se empuja por una tubería o una bomba aspira fluido, cada porción de fluido que entra arrastra siempre su parte de PV, el trabajo de apartar la presión que tiene delante.
¿Por qué molestarse con H? Compara con los botones. Un sistema cerrado se arregla con U, pero todo flujo que entra o sale arrastra siempre el trabajo de flujo PV. Plegar ese PV dentro de U de antemano da H, el lenguaje natural de dispositivos de flujo como bombas, turbinas y calderas. A continuación pasamos al gas ideal. Evaluar un refrigerador o un motor a reacción también se reduce a leer la diferencia de entalpía del fluido que entra y sale, y el punto de partida más simple para tratar ese fluido es justamente el gas ideal de la próxima lección.