Nei sistemi termodinamici, specialmente quelli "aperti" dove la massa entra ed esce, come in un ciclo di refrigerazione, l'energia interna da sola non basta a descrivere tutti i flussi energetici. Dobbiamo considerare anche l'energia necessaria per spingere quella massa dentro e fuori dal sistema. Qui entra in gioco una nuova proprietà: l'entalpia.

L'entalpia, indicata con la lettera $H$, è una funzione di stato che combina l'energia interna ($U$) di un sistema con il prodotto della sua pressione ($p$) e del suo volume ($V$). Matematicamente, la sua definizione è molto semplice.

Il termine $U$ rappresenta l'energia contenuta nelle molecole del fluido (energia cinetica e potenziale a livello microscopico). Il termine $pV$, invece, ha un significato fisico preciso: rappresenta il "lavoro di pulsione" o "lavoro di flusso". È l'energia spesa per spingere una massa di fluido all'interno di un volume che si trova già a una certa pressione, o l'energia che il sistema recupera quando quella massa esce.

Nei calcoli pratici, è più comodo lavorare con le proprietà per unità di massa, dette proprietà specifiche. L'entalpia specifica ($h$) è semplicemente l'entalpia totale ($H$) divisa per la massa ($m$) del sistema. Le sue unità di misura nel Sistema Internazionale sono i kilojoule per chilogrammo (kJ/kg).

La vera utilità dell'entalpia emerge quando analizziamo i processi a pressione costante ($p = \text{cost}$), che sono estremamente comuni. La maggior parte degli scambiatori di calore, come condensatori ed evaporatori nei frigoriferi e nei condizionatori, opera in condizioni isobariche (a pressione costante). In questi casi, la variazione di entalpia ($Δh$) di un fluido è esattamente uguale al calore scambiato per unità di massa ($q$).

Questa equazione semplifica enormemente i bilanci energetici. Invece di dover calcolare separatamente la variazione di energia interna e il lavoro di flusso, possiamo usare un'unica proprietà, l'entalpia, per quantificare direttamente il calore trasferito. Per questo motivo i diagrammi termodinamici usati per la progettazione di impianti di refrigerazione, come il diagramma pressione-entalpia (o diagramma p-h), mettono l'entalpia su uno degli assi principali.

Anche per i compressori, che sono il cuore di un ciclo frigorifero, l'entalpia è cruciale. Il lavoro richiesto da un compressore per aumentare la pressione di un gas è direttamente collegato alla variazione di entalpia del gas tra l'ingresso e l'uscita. In sintesi, l'entalpia racchiude in un unico valore sia l'energia interna del fluido sia l'energia di flusso necessaria per muoverlo, rendendola la grandezza più pratica per analizzare i sistemi aperti.