Równowaga statyczna a dynamiczna
Równowaga jest pojęciem używanym w różnych dyscyplinach, aby wyrazić równowagę między dwiema przeciwstawnymi siłami w rozważanym układzie.
W tym przypadku równowaga statyczna i równowaga dynamiczna to dwa stany układu fizycznego, w których co najmniej dwie właściwości są w równowadze. Przypadki te są szczegółowo badane w mechanice, a także w chemii fizycznej.
Co to jest równowaga statyczna?
Jako ogólny sens równowaga statyczna jest definiowana jako stan, w którym zarówno makroskopowe, jak i mikroskopowe właściwości systemu pozostają niezmienione w czasie.
W mechanice układ, na który nie działa żadna siła wypadkowa, może być rozpatrywany w stanie równowagi. Wystarczy powiedzieć, że jeśli
• Suma wektorów wszystkich sił zewnętrznych wynosi zero; ∑ →FEXT=0
• Suma momentów wszystkich sił zewnętrznych na dowolnej linii wynosi zero, ∑ →GEXT=0
wtedy system jest w równowadze. Dodatkowo, jeśli prędkość układu jest również równa zeru (tj. →V=0), to układ znajduje się w równowadze statycznej.
Rozważmy na przykład przedmiot leżący na stole w pokoju. Siły zewnętrzne działające na obiekt lub przyciąganie grawitacyjne (tj. Ciężar) jest niwelowane przez reakcję stołu na obiekt. Również reakcja i waga są na tej samej linii, więc nie powstają żadne momenty. Poza tym stół leży na ziemi w pokoju i nie porusza się. Dlatego możemy wywnioskować, że księga znajduje się w stanie równowagi statycznej.
Co to jest równowaga dynamiczna?
Równowaga dynamiczna może być ogólnie zdefiniowana jako stan systemu, w którym właściwości makroskopowe pozostają niezmienione, podczas gdy właściwości mikroskopowe się zmieniają.
W mechanice można to konkretnie zdefiniować jako stan układu, w którym układ jest w równowadze, ale prędkość nie jest równa zeru (tj. układ porusza się ze stałą prędkością). Dlatego
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Znowu rozważ stół i przedmiot, ale zamiast pokoju, jest on umieszczony w kabinie pociągu poruszającego się ze stałą prędkością.
W kontekście termodynamiki, jeśli temperatura systemu pozostaje niezmieniona (tj. energia systemu pozostaje niezmieniona), podczas gdy występuje transfer ciepła i pracy. Warunkiem koniecznym jest, aby suma pracy i dopływu ciepła była równa sumie pracy i mocy cieplnej.
W układzie chemicznym równowaga dynamiczna występuje, gdy reakcja do przodu i reakcja wsteczna zachodzą z tą samą szybkością w reakcji odwracalnej. Stężenie reagentów i produktów pozostaje niezmienione, ale nadal niektóre reagenty są przekształcane w produkty, a produkty są przekształcane w reagenty. Ale te dwa przeciwstawne procesy zachodzą w tym samym tempie.
Rozważmy na przykład system NO2 i N2O4. Gdy gaz NO2 jest sprężony w pojemniku, wzrost ciśnienia powoduje przesunięcie systemu do przodu, a N2O 4 jest produkowany w celu zmniejszenia liczby cząsteczek i ostatecznie zmniejszenia ciśnienia. Ale w pewnym momencie wydaje się, że reakcja do przodu ustaje, a produkcja N2O4 wydaje się zatrzymywać. Stężenia (lub ciśnienie cząstkowe) systemu pozostają niezmienione. Ale na poziomie molekularnym NO2 jest konwertowane na N2O4 i na odwrót.
Jaka jest różnica między równowagą statyczną a dynamiczną?
• W równowadze statycznej zarówno właściwości mikroskopowe, jak i makroskopowe pozostają niezmienione, podczas gdy w równowadze dynamicznej właściwości mikroskopowe zmieniają się, podczas gdy właściwości makroskopowe pozostają niezmienione.
• W mechanice układ bez niezrównoważonych sił zewnętrznych i momentów zewnętrznych można uznać za znajdujący się w równowadze. Dodatkowo, jeśli układ jest nieruchomy, znajduje się w równowadze statycznej, a jeśli porusza się ze stałą prędkością, znajduje się w równowadze dynamicznej.
• W systemie termodynamicznym, jeśli temperatura jest stała, a wejściowa i wyjściowa wymiana ciepła i masy jest taka sama, system znajduje się w równowadze (dynamicznej/termodynamicznej).
• W układzie chemicznym, jeśli szybkość reakcji postępującej i wstecznej jest taka sama, mówi się, że układ znajduje się w dynamicznej równowadze.
