Statická vs dynamická rovnováha
Equilibrium je koncept používaný v různých disciplínách k vyjádření rovnováhy mezi dvěma protichůdnými silami v uvažovaném systému.
V tomto případě jsou statická rovnováha a dynamická rovnováha dva stavy fyzikálního systému, kde jsou dvě nebo více vlastností v rovnováze. Tyto případy jsou konkrétně zkoumány v mechanice a také ve fyzikální chemii.
Co je statická rovnováha?
V obecném smyslu je statická rovnováha definována jako stav, ve kterém makroskopické i mikroskopické vlastnosti systému zůstávají v průběhu času nezměněny.
V mechanice lze systém, na který nepůsobí žádná výsledná síla, považovat v rovnovážném stavu. Stačí říci, že pokud, • Vektorový součet všech vnějších sil je nulový; ∑ →FEXT=0
• Součet momentů všech vnějších sil kolem libovolné přímky je nulový, ∑ →GEXT=0
pak je systém v rovnováze. Navíc, pokud je rychlost systému také nulová (tj. →V=0), pak je systém ve statické rovnováze.
Uvažujme například předmět ležící na stole v místnosti. Vnější síly působící na předmět nebo gravitační síla (tj. Váha) jsou bráněny reakcí na předmět u stolu. Také reakce a hmotnost jsou na stejné linii, takže nevznikají žádné momenty. Stůl je také na zemi v místnosti a nehýbe se. Proto můžeme odvodit, že kniha je ve statické rovnováze.
Co je dynamická rovnováha?
Dynamickou rovnováhu lze obecně definovat jako stav systému, kdy makroskopické vlastnosti zůstávají nezměněny, zatímco mikroskopické vlastnosti se mění.
V mechanice může být specificky definován jako stav systému, kdy je systém v rovnováze, ale rychlost není nulová (tj. systém se pohybuje konstantní rychlostí). Proto
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Znovu zvažte stůl a předmět, ale místo místnosti je umístěn v kabině vlaku pohybujícího se konstantní rychlostí.
V kontextu termodynamiky, pokud teplota systému zůstává nezměněna (tj. energie systému se nemění), zatímco dochází k přenosu tepla a práce. Nutnou podmínkou je, že součet příkonu a příkonu tepla se musí rovnat součtu příkonu a výdeje tepla.
V chemickém systému nastává dynamická rovnováha, když dopředná reakce a zpětná reakce probíhají stejnou rychlostí při reverzibilní reakci. Koncentrace reaktantů a produktů zůstávají nezměněny, ale přesto se některé z reaktantů přemění na produkty a produkty se převedou na reaktanty. Ale tyto dva protichůdné procesy probíhají stejnou rychlostí.
Uvažujme například systém NO2 a N2O4. Když je plyn NO2 stlačen v nádobě, zvýšení tlaku způsobí, že se systém posune dopředu a N2O 4 se vyrábí za účelem snížení počtu molekul a případně snížení tlaku. Ale v určitém bodě se zdá, že se dopředná reakce zastaví a produkce N2O4 jako by se zastavila. Koncentrace (nebo parciální tlak) systému zůstávají nezměněny. Ale na molekulární úrovni je NO2 převedeno na N2O4 a naopak.
Jaký je rozdíl mezi statickou a dynamickou rovnováhou?
• Ve statické rovnováze zůstávají mikroskopické i makroskopické vlastnosti nezměněny, zatímco v dynamické rovnováze se mikroskopické vlastnosti mění, zatímco makroskopické vlastnosti zůstávají nezměněny.
• V mechanice lze systém bez nevyvážených vnějších sil a vnějších momentů považovat za v rovnováze. Navíc, pokud je systém stacionární, je ve statické rovnováze, a pokud se pohybuje konstantní rychlostí, je v dynamické rovnováze.
• Pokud je v termodynamickém systému teplota konstantní a přenos tepla a přenosu hmoty na vstupu a výstupu jsou stejné, je systém v (dynamické/ termodynamické) rovnováze.
• Pokud je v chemickém systému rychlost dopředné reakce a zpětné reakce stejná, říká se, že je systém v dynamické rovnováze.
