엔탈피 (Enthalpy)

1. 개요

열역학을 처음 공부하면서 새롭게 정의하는 물리량들이 몇가지 있습니다. 엔탈피는 그 중 하나인데요, 어떻게 보면 굉장히 추상적입니다. 저는 무엇이든 물리적인 의미에 대해서 꼭 이해를 하고 넘어가는 편이라, 엔탈피 역시 그 물리적 의미에 대해 고민을 꽤나 해봤었습니다만, 제가 참고했던 Textbook에는 "U+PV라는 항을 자주 사용하니 이를 묶어 엔탈피라 부르겠다." 정도로만 설명하고 넘어가더군요. 실제로 학부 수업때도 개방계(Open System)에서의 열역학 1법칙을 Construct하는 과정에서 U+PV 항이 자주 나오니, 새로운 물리량으로 정의하자 정도로만 언급하고 넘어가긴 했었습니다. 그래서 당시엔 추상적으로 "에너지를 표현하는 여러 물리량 중 하나" 정도로만 받아들였던 것 같습니다. 그러던 중 최근 물리화학(Physical Chemistry)과목을 학습하며, 열역학 1법칙 파트에 엔탈피에 대해 비교적 자세히 설명되어 있어, 해당 내용을 정리해보았습니다.

 

2. 엔탈피(Enthalpy)란 무엇인가?

 

열역학 1법칙을 떠올려볼 때, 시스템에 열을 가하면 일을 하게 되고, 잔여에너지는 시스템의 내부 에너지 변화에 사용됩니다. 즉 열량을 구하기 위해서는 일과 내부에너지 변화량 모두를 알아야 합니다. 꽤나 번거로운 과정이죠.

 

따라서 열량을 구하려 할 때, 단일 변수만을 사용하고 싶어 새로운 상태함수를 정의합니다. 엔탈피의 정의는 아래와 같은데, 엔탈피를 구성하는 항들이 모두 상태 함수이므로, 엔탈피 역시 상태함수가 됩니다.

Definition of Enthalpy

이를 바탕으로 미분 꼴을 전개해보면 아래와 같습니다.

여기서 등압조건을 가정한다면, 식이 전부 소거되고 새롭게 정의한 엔탈피라는 물리량의 변화량이 곧 시스템에 전달된 열량이 됩니다.

따라서 엔탈피는 "제한된 조건 하에서 시스템의 열적 에너지량을 비교적 단순하게 나타내줄 수 있는 물리량" 정도로 그 의미를 정리해봤습니다.