Energía Libre de Helmholtz

La energía libre de Helmholtz se define como una función de estado, comúnmente se le denomina función de trabajo máximo, pues a partir de esta podemos conocer el trabajo máximo realizado durante un proceso. Se representa por la letra A.

dWmax = dA

Esta energía está definida por la siguiente expresión:

A= U -TS

Donde:

A: Energía libre de Helmholtz

U: Energía Interna

T: Temperatura

S: Entropía

El trabajo que mide esta energía corresponde específicamente al trabajo útil obtenible a partir de un sistema termodinámico cerrado en donde la temperatura y el volumen se mantienen constantes.

Un cambio en el sistema es espontáneo si a temperatura y presión constante tenemos:

dA(T,U) ≤ 0

Esto quiere decir que un proceso será espontáneo en estas condiciones si se da lugar a una disminución de la energía libre de Helmholtz.

Un valor negativo de dU y uno positivo de TdS originan un valor negativo de dA, esto sugiere que la tendencia de un sistema al desplazarse hacia una menor energía libre de Helmholtz (A) es el resultado de su tendencia a desplazarse a una menor energía interna y mayor entropía. 

Para comprobar que un sistema realiza trabajo máximo cuando lo desarrolla de manera reversible se combina la desigualdad de Clausius (dS >   dq/T) con el primer principio de la termodinámica, se obtiene:

dU    ≤     TdS + dW

Reordenando se tiene:

 dW    ≥     dU -  TdS 

De las ecuaciones anteriores se deduce que la energía máxima que puede obtenerse en el sistema como trabajo, viene dada por:

dWmax = dA