Різниця між статичною та динамічною рівновагою

Статична проти динамічної рівноваги
 

Рівновага - це поняття, що використовується в різних дисциплінах, щоб виразити рівновагу між двома протилежними силами у розглянутій системі.

У цьому випадку статична рівновага та динамічна рівновага - це два стани фізичної системи, де дві або більше властивостей знаходяться в балансі. Ці випадки спеціально досліджуються в механіці, а також у фізичній хімії.

Що таке статична рівновага?

Як загальний сенс, статична рівновага визначається як стан, в якому як макроскопічні, так і мікроскопічні властивості системи залишаються незмінними з часом.

У механіці систему, що не діє на неї силу, яка може діяти на неї, можна вважати станом рівноваги. Досить сказати, що якщо,

• Векторна сума всіх зовнішніх сил дорівнює нулю; ∑ → F_EXT = 0

• Сума моментів усіх зовнішніх сил щодо будь-якої лінії дорівнює нулю, ∑ → G_EXT = 0

тоді система знаходиться в рівновазі. Додатково, якщо швидкість системи також дорівнює нулю (тобто. → V = 0), тоді система знаходиться в статичній рівновазі.

Наприклад, розглянемо предмет, що лежить на столі всередині кімнати. Зовнішні сили на об'єкт, або гравітаційне тягнення (тобто вага), протиставляються реакцією на об'єкт за таблицею. Також реакція і вага знаходяться на одній лінії, тому жодних моментів не виникає. Також стіл стоїть на землі в кімнаті, а не рухається. Тому можна зробити висновок, що книга знаходиться в статичній рівновазі.

Що таке динамічна рівновага?

Динамічну рівновагу можна загально визначити як стан системи, де макроскопічні властивості залишаються незмінними, а змінюються мікроскопічні властивості.

У механіці це можна конкретно визначити як стан системи, де система знаходиться в рівновазі, але швидкість не дорівнює нулю (тобто система рухається зі сталою швидкістю). Тому,

• ∑ → F_EXT = 0

• ∑ → G_EXT = 0

• → V ≠ 0

Знову розгляньте стіл і предмет, але замість кімнати його розміщують всередині кабіни поїзда, що рухається з постійною швидкістю.

У контексті термодинаміки, якщо температура системи залишається незмінною (тобто енергія системи є незмінною), при цьому відбувається тепло і передача роботи. Необхідною умовою є те, що сума робочого вводу та вводу тепла повинна бути дорівнює сумі робочого виходу та тепловіддачі.

У хімічній системі динамічна рівновага виникає, коли пряма реакція і зворотна реакція відбуваються з однаковою швидкістю в оборотній реакції. Концентрація реагентів і продуктів залишається незмінною, але все ж частина реактивів перетворюється на продукти, а продукти перетворюються на реактиви. Але ці два протилежні процеси відбуваються з однаковою швидкістю.

Наприклад, розглянемо НІ₂ і N₂О₄ система. Коли НІ₂ газ стискається в ємності, збільшення тиску призводить до упередженості системи вперед, і N₂О₄ виробляється для зменшення кількості молекул і врешті-решт зниження тиску. Але в певний момент швидка реакція, здається, припиняється і N₂О₄ виробництво ніби припиняється. Концентрації (або парціальний тиск) системи залишаються незмінними. Але на молекулярному рівні НІ₂ перетворюється на N₂О₄ і навпаки.

Яка різниця між статичною та динамічною рівновагою?

• У статичній рівновазі як мікроскопічні, так і макроскопічні властивості залишаються незмінними, тоді як в динамічній рівновазі мікроскопічні властивості змінюються, а макроскопічні властивості залишаються незмінними..

• У механіці система, яка не має врівноважених зовнішніх сил і зовнішніх моментів, може вважатися рівноважною. Крім того, якщо система нерухома, вона перебуває у статичній рівновазі, а якщо рухається з постійною швидкістю, вона знаходиться в динамічній рівновазі.

• У термодинамічній системі, якщо температура постійна і вхід і вихід теплопередачі та маси з однаковими швидкостями, система перебуває у (динамічній / термодинамічній) рівновазі.

• У хімічній системі, якщо швидкість прямої і зворотної реакції однакова, система, як кажуть, знаходиться в динамічній рівновазі.