Statikus vs dinamikus egyensúly
Az egyensúly egy olyan fogalom, amelyet számos tudományágban használnak, hogy kifejezzék az egyensúlyt két ellentétes erő között egy megfontolt rendszerben.
Ebben az esetben a statikus egyensúly és a dinamikus egyensúly egy fizikai rendszer két olyan állapota, amelyben két vagy több tulajdonság egyensúlyban van. Ezeket az eseteket kifejezetten a mechanika és a fizikai kémia területén vizsgálják.
Mi az a statikus egyensúly?
Általános értelemben a statikus egyensúly olyan állapot, amelyben a rendszer makroszkopikus és mikroszkopikus tulajdonságai is változatlanok maradnak az idő múlásával.
A mechanikában egy olyan rendszert tekinthetünk egyensúlyi állapotnak, amelyre nem hat eredő erő. Elegendő azt mondani, hogy ha
• Az összes külső erő vektorösszege nulla; ∑ →FEXT=0
• Az összes külső erő nyomatékának összege bármely egyenesre nulla, ∑ →GEXT=0
akkor a rendszer egyensúlyban van. Ezenkívül, ha a rendszer sebessége is nulla (azaz →V=0), akkor a rendszer statikus egyensúlyban van.
Például vegyünk egy tárgyat, amely egy szobában hever az asztalon. A tárgyra ható külső erőket, vagy a gravitációs vonzást (azaz súlyt) a tárgyra ható reakció ellensúlyozza az asztal által. Ezenkívül a reakció és a súly ugyanazon a vonalon van, így nem keletkeznek pillanatok. Ezenkívül az asztal a földön van egy szobában, és nem mozdul. Ebből arra következtethetünk, hogy a könyv statikus egyensúlyban van.
Mi az a dinamikus egyensúly?
A dinamikus egyensúly általánosan úgy definiálható, mint egy rendszer olyan állapota, amelyben a makroszkopikus tulajdonságok változatlanok maradnak, miközben a mikroszkopikus tulajdonságok változnak.
A mechanikában kifejezetten úgy definiálható, mint egy rendszer állapota, amikor a rendszer egyensúlyban van, de a sebesség nem nulla (azaz a rendszer állandó sebességgel mozog). Ezért
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Vegyük fontolóra az aszt alt és a tárgyat, de szoba helyett egy állandó sebességgel közlekedő vonat kabinjában van elhelyezve.
A termodinamika összefüggésében, ha egy rendszer hőmérséklete változatlan marad (azaz a rendszer energiája változatlan), miközben a hő és a munka átadása megtörténik. A szükséges feltétel, hogy a munkaráfordítás és a hőbevitel összege egyenlő legyen a munkateljesítmény és a hőteljesítmény összegével.
Egy kémiai rendszerben akkor jön létre dinamikus egyensúly, ha az előre és a visszafelé irányuló reakció azonos sebességgel megy végbe egy reverzibilis reakcióban. A reaktánsok és a termékek koncentrációja változatlan marad, de a reagensek egy része termékké, a termékek reagensekké alakulnak. De ez a két ellentétes folyamat ugyanolyan sebességgel megy végbe.
Vegyük például a NO2 és N2O4 rendszert. Amikor NO2 gázt sűrítenek össze egy tartályban, a nyomásnövekedés hatására a rendszer előretolódik, és N2O A 4 a molekulák számának csökkentésére és végül a nyomás csökkentésére készül. De egy bizonyos ponton az előre irányuló reakció megállni látszik, és az N2O4 gyártás leállni látszik. A rendszer koncentrációi (vagy parciális nyomása) változatlanok maradnak. De molekuláris szinten a NO2 N2O4-ra alakul át és fordítva.
Mi a különbség a statikus és a dinamikus egyensúly között?
• Statikus egyensúlyban mind a mikroszkopikus, mind a makroszkopikus tulajdonságok változatlanok maradnak, míg dinamikus egyensúlyban a mikroszkopikus tulajdonságok változnak, míg a makroszkopikus tulajdonságok változatlanok maradnak.
• A mechanikában egyensúlyban lévőnek tekinthető az a rendszer, amelynél nincsenek kiegyensúlyozatlan külső erők és külső nyomatékok. Ezenkívül, ha a rendszer álló helyzetben van, akkor statikus egyensúlyban van, és ha állandó sebességgel mozog, akkor dinamikus egyensúlyban van.
• Egy termodinamikai rendszerben, ha a hőmérséklet állandó, és a hő- és tömegátadás bemeneti és kimeneti sebessége egyenlő, akkor a rendszer (dinamikus/termodinamikai) egyensúlyban van.
• Egy kémiai rendszerben, ha az előre- és a visszafelé irányuló reakció sebessége azonos, a rendszer dinamikus egyensúlyban van.
