Echilibru termodinamic

Echilibrul termodinamic  este starea unui sistem în care mărimile macroscopice ale acestui sistem ( temperatura , presiunea , volumul , entropia ) rămân neschimbate în timp în condiții de izolare de mediu.

Proprietăți

În general, aceste valori nu sunt constante, ci doar fluctuează (fluctuează) în jurul valorilor lor medii. Dacă un sistem de echilibru corespunde mai multor stări, în fiecare dintre acestea sistemul poate fi nedefinit, atunci se spune că sistemul este într-un echilibru metastabil. Într-o stare de echilibru, nu există fluxuri de materie sau energie în sistem, potențiale de neechilibru (sau forțe motrice), modificări ale numărului de faze prezente ( echilibru de fază ). Există echilibru termic (statistic, este și termodinamic ), mecanic , hidroaeromecanic (hidrodinamic, hidrostatic ), radiație (radiant) [1] și echilibru chimic . În practică, condiția de izolare înseamnă că procesele de stabilire a echilibrului decurg mult mai repede decât schimbările care apar la granițele sistemului (adică schimbările în condiții externe sistemului), iar sistemul schimbă materie și energie cu mediul . Cu alte cuvinte, echilibrul termodinamic este atins dacă rata proceselor de relaxare este suficient de mare (de regulă, aceasta este caracteristică proceselor la temperatură înaltă) sau timpul de atingere a echilibrului este lung (acest caz apare în procesele geologice).

Starea de echilibru într-un sistem macroscopic este deosebit de convenabilă pentru descriere datorită simplității sale. Nu depinde de timp (cu excepția fluctuațiilor) și, de regulă, poate fi descris pe deplin în termeni de mai mulți parametri macroscopici. De asemenea, starea de echilibru nu depinde de preistoria stărilor sistemului macroscopic și este cea mai aleatorie stare macroscopică a sistemului în condiții date [2] .

În procesele reale, echilibrul incomplet ( relativ , mobil , dinamic) este adesea realizat , dar gradul acestei incompletitudine poate fi semnificativ și nesemnificativ. În acest caz, sunt posibile trei opțiuni:

  1. echilibrul este atins într-o parte (sau părți) dintr-un sistem relativ mare - echilibru local,
  2. echilibrul incomplet este atins datorită diferenței dintre ratele proceselor de relaxare care au loc în sistem - echilibru parțial,
  3. au loc atât echilibrul local cât și cel parțial.

În sistemele neechilibrate, apar modificări în fluxurile de materie sau energie sau, de exemplu, faze.

Stabilitatea echilibrului termodinamic

Starea de echilibru termodinamic se numește stabilă dacă, atunci când parametrii macroscopici ai sistemului se modifică, sistemul revine spontan la starea specificată [3] .

Criterii de stabilitate termodinamică a diferitelor sisteme:

Note

  1. ↑ Vezi și Radiații de echilibru termic .
  2. ↑ Reif R. Fizica statistică. - Cursul de fizică Berkeley , vol. V. - M., Nauka , 1977. - p. 41-42
  3. ↑ Rudoy Yu. G. Thermodynamic stability Copie de arhivă din 18 iulie 2019 la Wayback Machine // Great Russian Encyclopedia. Volumul 33. Moscova, 2017, p. 126