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Los potenciales termodinámicos clave incluyen:

• Energía Interna: la energía requerida para formar un sistema termodinámico, aislada de cualquier entorno externo.

• Entalpía: la energía necesaria para formar un sistema y situarlo dentro de un entorno. La entalpía es esencialmente la suma de la energía interna y el trabajo necesario para integrar el sistema en su entorno.

• Energía libre de Helmholtz: la porción de la energía interna de un sistema que está disponible para realizar trabajo cuando la temperatura es constante.

• Energía libre de Gibbs: la parte de la entalpía de un sistema que puede utilizarse para realizar trabajo en condiciones de temperatura y presión constantes.

>Modelo

ID:(1482, 0)

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Los potenciales termodinámicos son cantidades que proporcionan información completa sobre el estado energético de un sistema termodinámico bajo condiciones específicas. Se utilizan para predecir la dirección de los procesos espontáneos, determinar estados de equilibrio y calcular el trabajo máximo que se puede extraer de un sistema.

La Energía Interna es la energía total contenida dentro de un sistema, que abarca tanto las energías cinética como potencial a nivel molecular. Tiene en cuenta la energía necesaria para crear el sistema. La energía interna cambia cuando se agrega o se elimina calor del sistema y cuando se realiza trabajo sobre o por el sistema.

La Entalpía es útil en procesos que ocurren a presión constante. Representa el contenido total de calor de un sistema y se utiliza para calcular el intercambio de calor durante reacciones químicas y transiciones de fase a presión constante.

La Energía Libre de Helmholtz se utiliza para sistemas a temperatura y volumen constantes. Mide la cantidad máxima de trabajo que se puede extraer de un sistema, excluyendo el trabajo de presión-volumen, e indica la espontaneidad de los procesos a temperatura y volumen constantes.

La Energía Libre de Gibbs se utiliza para sistemas a temperatura y presión constantes. Representa el trabajo reversible máximo que puede realizar el sistema, excluyendo el trabajo realizado por cambios de presión-volumen. La energía libre de Gibbs es crucial para predecir la dirección de las reacciones químicas y las transiciones de fase a temperatura y presión constantes. Un cambio negativo en la energía libre de Gibbs indica un proceso espontáneo.

El Gran Potencial se utiliza en sistemas abiertos donde el número de partículas puede cambiar. Es útil para analizar sistemas en contacto con un reservorio que puede intercambiar tanto energía como partículas.

ID:(15266, 0)

Concepto

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Si la temperatura absoluta ($T$) y la presión ($p$) se mantienen constantes, la variación de la energía interna ($dU$), que depende de la variación de la entropía ($dS$) y la variación del volumen ($dV$), se expresa como:

Al integrarlo, se obtiene la siguiente expresión en términos de la energía interna ($U$), la entropía ($S$) y el volumen ($V$):

[1] "Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte" (Sobre la determinación cualitativa y cuantitativa de la Fuerza), Julius Robert von Mayer, Annalen der Chemie und Pharmacie, 1842

[2] "Über die Erhaltung der Kraft" (Sobre la conservación de la Fuerza), Hermann von Helmholtz, 1847

ID:(214, 0)

Concepto

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La entalpía ($H$) [1] se refiere a la energía contenida en un sistema, que incluye cualquier energía necesaria para crearlo. Está compuesta, por tanto, de la energía interna ($U$) y el trabajo necesario para formar el sistema, que es $pV$ donde la presión ($p$) y el volumen ($V$).

Esta función depende de la entropía ($S$) y la presión ($p$), lo que permite expresarla como $H = H(S,p)$ y satisface la siguiente relación matemática:

Un artículo que se puede considerar como el origen del concepto, aunque no incluye la definición del nombre, es:

[1] "Memoir on the Motive Power of Heat, Especially as Regards Steam, and on the Mechanical Equivalent of Heat" (Memoria sobre la potencia motriz del calor, especialmente en relación al vapor, y sobre el equivalente mecánico del calor), escrito por Benoît Paul Émile Clapeyron (1834)

ID:(215, 0)

Concepto

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La energía libre de Helmholtz ($F$) [1] se refiere a la energía contenida en un sistema, pero excluye la energía que no se puede utilizar para realizar trabajo. En este sentido, representa la energía disponible para realizar trabajo siempre que no incluya la energía necesaria para formar el sistema. Está compuesta, por lo tanto, por la energía interna ($U$), de la cual se resta la energía térmica, representada como $ST$, donde la entropía ($S$) y la temperatura absoluta ($T$) están involucrados.

Esta función depende de la temperatura absoluta ($T$) y el volumen ($V$), lo que permite expresarla como $F = F(V,T)$, y satisface la siguiente relación matemática:

[1] "Über die Thermodynamik chemischer Vorgänge" (On the thermodynamics of chemical processes.), Hermann von Helmholtz, Dritter Beitrag. Offprint from: ibid., 31 May, (1883)

ID:(216, 0)

Concepto

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La energía libre de Gibbs ($G$) se refiere a la energía contenida en un sistema, incluyendo la energía necesaria para su formación, pero excluye la energía que no se puede utilizar para realizar trabajo. En este sentido, representa la energía disponible para realizar trabajo en un proceso que incluye la energía para formarlo. Está compuesta, por lo tanto, por la entalpía ($H$) y se le resta la energía térmica, que se representa como $ST$, donde la entropía ($S$) y la temperatura absoluta ($T$) están involucrados.

Esta función depende de la temperatura absoluta ($T$) y la presión ($p$), lo que permite expresarla como $G = G(T,p)$ y satisface la siguiente relación matemática:

[1] "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" (Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas), J. Willard Gibbs, Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences. 3: 108-248. (October 1875 May 1876)

[2] "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" (Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas), J. Willard Gibbs, Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences. 3: 343-524. (May 1877 July 1878)

ID:(217, 0)

Descripción

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Si consideramos la energía interna $U(V,S)$, esta depende de dos variables:

• El volumen $V$
• La entropía $S$

Por lo tanto, su variación puede ser expresada utilizando la relación:

en la forma:

$dU = \left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial V }\right)_ S dV + \left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial S }\right)_ V dS$

De acuerdo con la primera ley de la termodinámica, sabemos que la variación de la energía interna $dU$ es igual a:



De esta manera, podemos concluir que las pendientes son la presión $p$:

$\left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial V }\right)_ S = -p$

y la temperatura $T$:

$\left(\displaystyle\frac{\partial U }{\partial S }\right)_ V = T$

ID:(12389, 0)

Descripción

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Para encontrar las relaciones, se introducen los llamados potenciales termodinámicos, que son energías potenciales que incluyen o excluyen ciertas formas de energía en un sistema, como la energía asociada al trabajo $pV$ y la energía asociada a la entropía $TS$, que no puede ser utilizada para realizar trabajo.

En el caso de la entalpía $H$, esta corresponde a la energía interna del sistema, que incluye el movimiento de las partículas, pero también incorpora la energía necesaria para formar el sistema, es decir, el trabajo $pV$ realizado para establecerlo. Por lo tanto, se define como:

ID:(12390, 0)

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Parámetros

Variables

$U$

U

Energía interna

J

$G$

G

Energía libre de Gibbs

J

$F$

F

Energía libre de Helmholtz

J

$H$

H

Entalpía

J

$S$

S

Entropía

J/K

$p$

p

Presión

Pa

$T$

T

Temperatura absoluta

K

$V$

V

Volumen

m^3

Cálculos

• Método alternativo
• Método tradicional
• Estrategia
• 2D
• 3D

Ecuación

Número

Primero, seleccione la ecuación: a , luego, seleccione la variable: a

---

Cálculos

Símbolo

Ecuación

Resuelto

Traducido

Cálculos

Símbolo

Ecuación

Resuelto

Traducido

Variable Dado Calcule Objetivo : Ecuación A utilizar

Ecuaciones

ID:(15325, 0)

Ecuación

>Top, >Modelo

La energía interna ($U$) es con la temperatura absoluta ($T$), la presión ($p$), la entropía ($S$) y el volumen ($V$) igual a:

$U = T S - p V$

Condiciones

Variables

$U$

Energía interna

$J$

5228

$S$

Entropía

$J/K$

5227

$p$

Presión

$Pa$

5224

$T$

Temperatura absoluta

$K$

5177

$V$

Volumen

$m^3$

5226

Relación

Desarrollo

Si la temperatura absoluta ($T$) y la presión ($p$) se mantienen constantes, la variación de la energía interna ($dU$), que depende de la variación de la entropía ($dS$) y la variación del volumen ($dV$), se expresa como:

$dU = T dS - p dV$

Al integrarlo, se obtiene la siguiente expresión en términos de la energía interna ($U$), la entropía ($S$) y el volumen ($V$):

$U = T S - p V$

ID:(3472, 0)

Ecuación

>Top, >Modelo

La entalpía ($H$) se define como la suma de la energía interna ($U$) y la energía de formación. Esta última corresponde al trabajo realizado en la formación, que es igual a $pV$ con la presión ($p$) y el volumen ($V$). Por lo tanto, obtenemos:

$H = U + p V$

Condiciones

Variables

$U$

Energía interna

$J$

5228

$H$

Entalpía

$J$

5229

$p$

Presión

$Pa$

5224

$V$

Volumen

$m^3$

5226

Relación

ID:(3536, 0)

Ecuación

>Top, >Modelo

La energía libre de Helmholtz ($F$) se define como la diferencia entre la energía interna ($U$) y la energía que no se puede aprovechar para realizar trabajo. Esta última corresponde a $ST$ con la entropía ($S$) y la temperatura absoluta ($T$). Por lo tanto, obtenemos:

$F = U - T S$

Condiciones

Variables

$U$

Energía interna

$J$

5228

$F$

Energía libre de Helmholtz

$J$

5230

$S$

Entropía

$J/K$

5227

$T$

Temperatura absoluta

$K$

5177

Relación

ID:(14047, 0)

Ecuación

>Top, >Modelo

La energía libre de Gibbs ($G$) [1,2] representa la energía total, que engloba tanto la energía interna como la energía de formación del sistema. Esta se define como la entalpía ($H$), excluyendo la porción que no puede utilizarse para realizar trabajo, la cual está representada por $TS$ con la temperatura absoluta ($T$) y la entropía ($S$). Esta relación se expresa de la siguiente manera:

$G = H - T S$

Condiciones

Variables

$G$

Energía libre de Gibbs

$J$

5231

$H$

Entalpía

$J$

5229

$S$

Entropía

$J/K$

5227

$T$

Temperatura absoluta

$K$

5177

Relación

ID:(3542, 0)