Equilibri estàtic vs dinàmic
L'equilibri és un concepte utilitzat en diverses disciplines, per expressar un equilibri entre dues forces oposades en un sistema considerat.
En aquest cas, l'equilibri estàtic i l'equilibri dinàmic són dos estats d'un sistema físic on dues o més propietats estan en equilibri. Aquests casos s'investiguen específicament en mecànica i també en química física.
Què és l'equilibri estàtic?
Com a sentit genèric, l'equilibri estàtic es defineix com un estat en què les propietats macroscòpiques i microscòpiques d'un sistema es mantenen sense canvis amb el temps.
En mecànica, un sistema sense força resultant que actuï sobre ell es pot considerar en estat d'equilibri. N'hi ha prou amb dir que si, • La suma vectorial de totes les forces externes és zero; ∑ →FEXT=0
• La suma dels moments de totes les forces externes sobre qualsevol recta és zero, ∑ →GEXT=0
llavors el sistema està en equilibri. A més, si la velocitat del sistema també és zero (és a dir, →V=0), aleshores el sistema està en equilibri estàtic.
Per exemple, considereu un objecte estirat sobre una taula dins d'una habitació. Les forces externes sobre l'objecte, o l'atracció gravitatòria (és a dir, el pes), són contrarestades per la reacció sobre l'objecte per la taula. A més, la reacció i el pes estan en la mateixa línia, de manera que no es produeixen moments. A més, la taula està a terra en una habitació i no es mou. Per tant, podem deduir que el llibre està en equilibri estàtic.
Què és l'equilibri dinàmic?
L'equilibri dinàmic es pot definir genèricament com un estat d'un sistema on les propietats macroscòpiques romanen sense canvis mentre canvien les propietats microscòpiques.
En mecànica, es pot definir específicament com un estat d'un sistema on el sistema està en equilibri, però la velocitat no és zero (és a dir, el sistema es mou a una velocitat constant). Per tant, • ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
De nou, considereu la taula i l'objecte, però en comptes d'una habitació, es col·loca dins d'una cabina d'un tren que es mou a una velocitat constant.
En el context de la termodinàmica, si la temperatura d'un sistema es manté sense canvis (és a dir, l'energia del sistema no canvia) mentre es produeix la transferència de calor i treball. La condició necessària és que la suma de l'entrada de treball i l'entrada de calor ha de ser igual a la suma de la producció de treball i la sortida de calor.
En un sistema químic, l'equilibri dinàmic es produeix quan la reacció directa i la reacció cap enrere es produeixen a la mateixa velocitat en una reacció reversible. La concentració dels reactius i dels productes es manté sense canvis, però encara alguns dels reactius es converteixen en productes i els productes es converteixen en reactius. Però aquests dos processos oposats s'estan produint al mateix ritme.
Per exemple, considereu el sistema NO2 i N2O4. Quan NO2 gas es comprimeix en un recipient, l'increment de la pressió fa que el sistema es desviï cap endavant i N2O 4 es produeix per reduir el nombre de molècules i, finalment, reduir la pressió. Però en un moment determinat, la reacció cap endavant sembla aturar-se i la producció de N2O4 s'atura. Les concentracions (o pressió parcial) del sistema es mantenen sense canvis. Però a nivell molecular el NO2 es converteix en N2O4 i viceversa.
Quina diferència hi ha entre l'equilibri estàtic i dinàmic?
• En equilibri estàtic, les propietats microscòpiques i macroscòpiques es mantenen sense canvis, mentre que, en equilibri dinàmic, les propietats microscòpiques canvien mentre que les propietats macroscòpiques es mantenen sense canvis.
• En mecànica, un sistema sense forces i moments externs desequilibrats es pot considerar que està en equilibri. A més, si el sistema està estacionari, està en equilibri estàtic, i si es mou a una velocitat constant, està en equilibri dinàmic.
• En un sistema termodinàmic, si la temperatura és constant i l'entrada i la sortida de transferència de calor i massa són iguals, el sistema està en equilibri (dinàmic/termodinàmic).
• En un sistema químic, si la velocitat de la reacció directa i la reacció cap enrere són iguals, es diu que el sistema està en equilibri dinàmic.
