Статично срещу динамично равновесие
Равновесието е концепция, използвана в различни дисциплини, за да изрази баланс между две противоположни сили в дадена система.
В този случай статичното равновесие и динамичното равновесие са две състояния на физическа система, при които две или повече свойства са в баланс. Тези случаи се изследват специално в механиката, а също и във физикохимията.
Какво е статично равновесие?
В общ смисъл статичното равновесие се дефинира като състояние, при което както макроскопичните, така и микроскопичните свойства на системата остават непроменени с времето.
В механиката, система без резултатна сила, действаща върху нея, може да се разглежда в състояние на равновесие. Достатъчно е да се каже, че ако, • Векторната сума на всички външни сили е нула; ∑ →FEXT=0
• Сумата от моментите на всички външни сили спрямо която и да е линия е нула, ∑ →GEXT=0
тогава системата е в равновесие. Освен това, ако скоростта на системата също е нула (т.е. →V=0), тогава системата е в статично равновесие.
Например, помислете за предмет, лежащ на маса в стая. Външните сили върху обекта или гравитационното привличане (т.е. тегло) се противопоставят от реакцията върху обекта от масата. Освен това реакцията и теглото са на една линия, така че не се произвеждат моменти. Освен това масата е на земята в стая и не се движи. Следователно можем да заключим, че книгата е в статично равновесие.
Какво е динамично равновесие?
Динамичното равновесие може да се дефинира общо като състояние на система, при което макроскопичните свойства остават непроменени, докато микроскопичните свойства се променят.
В механиката може конкретно да се дефинира като състояние на система, при което системата е в равновесие, но скоростта не е нула (т.е. системата се движи с постоянна скорост). Следователно, • ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Отново разгледайте масата и предмета, но вместо в стая, той е поставен в кабина на влак, движещ се с постоянна скорост.
В контекста на термодинамиката, ако температурата на системата остава непроменена (т.е. енергията на системата е непроменена), докато се извършва пренос на топлина и работа. Необходимо условие е сумата от вложената работа и вложената топлина да е равна на сумата от вложената работа и вложената топлина.
В химическа система динамичното равновесие възниква, когато правата реакция и обратната реакция протичат с еднаква скорост в обратима реакция. Концентрацията на реагентите и продуктите остава непроменена, но все пак някои от реагентите се превръщат в продукти, а продуктите се превръщат в реагенти. Но тези два противоположни процеса протичат с еднаква скорост.
Например, разгледайте системата NO2 и N2O4. Когато газът NO2 се компресира в контейнер, увеличението на налягането води до изместване на системата напред и N2O 4 се произвежда, за да се намали броят на молекулите и в крайна сметка да се намали налягането. Но в определен момент, реакцията напред изглежда спира и производството на N2O4 изглежда спира. Концентрациите (или парциалното налягане) на системата остават непроменени. Но на молекулярно ниво NO2 се преобразува в N2O4 и обратно.
Каква е разликата между статично и динамично равновесие?
• При статично равновесие както микроскопичните, така и макроскопичните свойства остават непроменени, докато при динамично равновесие микроскопичните свойства се променят, докато макроскопичните свойства остават непроменени.
• В механиката система без неуравновесени външни сили и външни моменти може да се счита за равновесна. Освен това, ако системата е неподвижна, тя е в статично равновесие, а ако се движи с постоянна скорост, тя е в динамично равновесие.
• В една термодинамична система, ако температурата е постоянна и преносът на топлина и маса на входа и на изхода са с равни скорости, системата е в (динамично/термодинамично) равновесие.
• В химическа система, ако скоростта на правата реакция и обратната реакция са еднакви, се казва, че системата е в динамично равновесие.
