En termodinámica , la exergía es una cantidad física que permite medir la calidad de una energía . Esta es la parte utilizable de un julio . El trabajo máximo recuperable es, por tanto, igual al contrario de la variación de la exergía durante la transformación. Un sistema en equilibrio termomecánico o químico ya no tiene ningún valor. Cuanto más lejos está un sistema del equilibrio ambiental, más capaz es de efectuar un cambio, aptitud de la que depende la utilidad de una energía.
Si según el primer principio de la termodinámica se conserva la cantidad de energía, la calidad de esta energía, la exergía, solo puede disminuir durante una transformación. La exergía destruida durante una reacción se llama "anergia".
Este fenómeno está vinculado a la entropía del sistema y su entorno, que según el segundo principio de la termodinámica solo puede aumentar durante una transformación real no reversible, mientras que la exergía disminuye durante dicha transformación.
Por definición, la exergía de un sistema es cero cuando está en equilibrio termodinámico con su entorno.
Este saldo incluye:
Si consideramos que el ambiente externo es invariante (en particular su temperatura ), se hace posible considerar que la exergía es una función del estado : su valor, el trabajo máximo que el sistema puede proporcionar al exterior, no depende de hecho sólo en el estado de equilibrio en el que se encuentra el sistema y en la constante .
Para otros autores, la exergía no es una función del estado del sistema porque
está definido por: . [se requiere aclaración]La exergía se forma:
Se indica que significa que depende tanto del sistema como de su entorno. La elección de la letra F se debe a su similitud con la energía libre .
Esta función fue muy estudiada después de Duhem (1861-1916) por Gouy (1854-1926), pero el término "exergie" no fue introducido hasta 1956 por Zoran Rant. Un poco caído en desuso, a pesar de su uso por parte de Einstein , vuelve a través de las reflexiones de los ingenieros sobre el desperdicio durante la década de 1970, tras el shock petrolero .
Para un sistema de composición química dada, a una presión y entropía dadas , podemos usar la entalpía H para expresar la exergía:
.Para un sistema de composición química dada, a temperatura y volumen dados , podemos usar la energía libre F :
.Para un sistema de composición química dada, a temperatura y presión dadas , se puede usar la entalpía libre G :
.El análisis de un sistema por exergía permite medir el grado de irreversibilidad de una transformación en un entorno de temperatura . Esta función también se llama "energía disponible" o "suministro de energía" (en inglés: disponibilidad ) porque demuestra que su caída entre un estado A y un estado B es el trabajo máximo recuperable:
.Como esto no es muy intuitivo, es útil detallar los 4 casos posibles:
Incluso podría ser que recuperemos trabajo en la operación si el estado final es muy desordenado (que no es, a priori , intuitivo): unas pilas de mercurio y calomelanos realizan este aparente milagro.
Tan pronto como nos damos cuenta de que recuperar información caliente es caro, todo se vuelve bastante razonable: tome el ejemplo de la caja de Maxwell ; Es bien sabido que separar las bolas blancas y negras en cada compartimento es tanto más difícil cuanto que los bordes de la caja vibran a alta temperatura . Este es exactamente el precio que debe pagarse para separar el hexafluoruro de uranio 235 de su isótopo 238 : hacer que funcione el "demonio de Maxwell" cuesta tanto más cuanto más rápido viajan las partículas.
Por supuesto, si , el sistema puede evolucionar solo hacia el estado donde será mínimo, y permanecerá allí: no es el estado de energía mínima el que es el equilibrio. Tampoco es máximo, ya que el sistema puede devolver energía al termostato.
En última instancia, el equilibrio es el mínimo conjunto , es decir .
A volumen constante, da , es decir, el siguiente resultado intuitivo .
Entonces el equilibrio isocórico monotérmico ; esto justifica que en química, casi siempre usamos energía libre y no exergía .
Todo se generaliza en el caso de un presostato , durante una transformación monotérmica. Lo que intervendrá es , y todo razonamiento se mantiene a condición de hablar de trabajo , distinto al de las fuerzas de presión (igual a ).
La consideración de la segunda diferencia, que debe ser positiva, arroja desigualdades interesantes, denominadas desigualdades de Le Châtelier (o desigualdades de Le Châtelier - Braun ).
Aunque proviene de la termodinámica, el concepto de exergía también está fuertemente vinculado a la teoría de la información. En consecuencia, a veces se aplica fuera del campo de la termodinámica stricto sensu , por ejemplo, al análisis de costos económicos, biodiversidad, disponibilidad de recursos minerales. Hablamos entonces de exergo-economía, exergo-ecología, eco-exergía, etc.