Energía de Helmholtz

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Energía de Helmholtz (también denominada función de Helmholtz o función trabajo) es una magnitud extensiva, función de estado y potencial termodinámico, de un sistema termodinámico que mide el trabajo obtenible en un sistema cerrado, en condiciones de temperatura constante. No depende del proceso sufrido, sino del estado final e inicial del sistema. Se usa para ver qué procesos son espontáneos en condiciones de temperatura y volumen constantes. Si el volumen no se mantiene constante, parte del trabajo se efectua en el entorno. Previamente era denominada energía libre, término que actualmente se retiró de acuerdo a la proposición de la IUPAC.[1]

La energía de Helmholtz fue desarrollada por Hermann von Helmholtz, un físico alemán, y suele denominarse con la letra F. Sin embargo la IUPAC recomienda el uso de la letra A (del alemán “Arbeit”, trabajo) y el uso del nombre "energía de Helmholtz".

Propiedades de la Energía de Helmholtz[editar]

Se mide en joules [J], calorías [cal] o cualquier otra unidad de energía. Sus variables canónicas son la temperatura T y volumen V del sistema. Además, se suele simbolizar con la letra A, de «trabajo» (arbeit, en alemán) o la letra F, de libre (free, en inglés). La definición es:

A(T,V)=U(T,V)-TS(T,V)\, \quad \mbox{o} \quad
A = U - TS

donde U es la energía interna y S la entropía. La definición anterior implica la 1-forma diferencial viene dada por:

dA=-SdT-PdV\,

donde P es la presión del sistema.

Otros datos importantes[editar]

Se relaciona con la energía de Gibbs mediante la expresión

(3)

dG=dA+d(PV)\,

Notar de la ecuación (1), que de la Primera ley de la termodinámica

\Delta U=Q-W=\Delta (TS)+\Delta A\,

Donde

\Delta U = variación de energía interna del sistema
Q = calor recibido por el sistema
W = trabajo realizado por el sistema

Siendo:

TdS = dQ_r\, el calor reversible (es decir, que se puede evacuar o recuperar del sistema cuantas veces se quiera, sin requerir un gasto extra de energía en este proceso).

Integrando a T constante:

\Delta (TS)=Q_r\,

Por lo tanto, en un proceso reversible, el trabajo realizado por el sistema es el negativo de la variación de su energía de Helmholtz:

W_r=-\Delta A\,

De ahí que también reciba el nombre de Función Trabajo

Véase también[editar]

Referencia[editar]

  1. Green Book, 2nd ed.: IUPAC Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry. Second Edition, Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1993.

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