Statisch versus dynamisch evenwicht
Equilibrium is een concept dat in verschillende disciplines wordt gebruikt om een evenwicht tussen twee tegengestelde krachten in een weloverwogen systeem tot uitdrukking te brengen.
In dit geval zijn statisch evenwicht en dynamisch evenwicht twee toestanden van een fysiek systeem waarin twee of meer eigenschappen in evenwicht zijn. Deze gevallen worden specifiek onderzocht in de mechanica, en ook in de fysische chemie.
Wat is statisch evenwicht?
In algemene zin wordt statisch evenwicht gedefinieerd als een toestand waarin zowel de macroscopische als microscopische eigenschappen van een systeem in de loop van de tijd onveranderd blijven.
In de mechanica kan een systeem zonder resulterende kracht die erop inwerkt, in een evenwichtstoestand worden beschouwd. Het is voldoende om te zeggen dat als, • De vectorsom van alle externe krachten is nul; ∑ →FEXT=0
• De som van de momenten van alle externe krachten rond een lijn is nul, ∑ →GEXT=0
dan is het systeem in evenwicht. Bovendien, als de snelheid van het systeem ook nul is (d.w.z. →V=0), dan is het systeem in statisch evenwicht.
Beschouw bijvoorbeeld een object dat op een tafel in een kamer ligt. De externe krachten op het object, of de zwaartekracht (d.w.z. Gewicht), wordt tegengegaan door de reactie op het object door de tafel. Ook liggen de reactie en het gewicht op dezelfde lijn, dus er ontstaan geen momenten. Ook staat de tafel op de grond in een kamer en beweegt hij niet. Daarom kunnen we afleiden dat het boek in statisch evenwicht is.
Wat is dynamisch evenwicht?
Het dynamisch evenwicht kan in het algemeen worden gedefinieerd als een toestand van een systeem waarin de macroscopische eigenschappen onveranderd blijven terwijl de microscopische eigenschappen veranderen.
In de mechanica kan het specifiek worden gedefinieerd als een toestand van een systeem waarin het systeem in evenwicht is, maar de snelheid niet nul is (d.w.z. het systeem beweegt met een constante snelheid). Daarom
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Beschouw opnieuw de tafel en het object, maar in plaats van een kamer, wordt het in een cabine van een trein geplaatst die met een constante snelheid rijdt.
In de context van thermodynamica, als de temperatuur van een systeem ongewijzigd blijft (d.w.z. de energie van het systeem is ongewijzigd) terwijl de warmte en de werkoverdracht plaatsvinden. Voorwaarde is wel dat de som van de arbeidsinput en de warmte-inbreng gelijk moet zijn aan de som van de arbeidsopbrengst en de warmteafgifte.
In een chemisch systeem treedt dynamisch evenwicht op wanneer de voorwaartse reactie en de achterwaartse reactie met dezelfde snelheid plaatsvinden in een omkeerbare reactie. De concentratie van de reactanten en de producten blijft ongewijzigd, maar toch worden sommige reactanten omgezet in producten en producten worden omgezet in reactanten. Maar deze twee tegengestelde processen vinden in hetzelfde tempo plaats.
Beschouw bijvoorbeeld het NO2 en N2O4 systeem. Wanneer NO2 gas in een container wordt gecomprimeerd, zorgt de toename van de druk ervoor dat het systeem naar voren wordt voorgespannen, en N2O 4 wordt geproduceerd om het aantal moleculen te verminderen en uiteindelijk de druk te verlagen. Maar op een gegeven moment lijkt de voorwaartse reactie te stoppen en lijkt de productie van N2O4 te stoppen. De concentraties (of partiële druk) van het systeem blijven ongewijzigd. Maar op moleculair niveau wordt de NO2 omgezet in N2O4 en vice versa.
Wat is het verschil tussen statisch en dynamisch evenwicht?
• In statisch evenwicht blijven zowel microscopische als macroscopische eigenschappen onveranderd, terwijl in dynamisch evenwicht de microscopische eigenschappen veranderen terwijl de macroscopische eigenschappen onveranderd blijven.
• In de mechanica kan een systeem zonder onevenwichtige externe krachten en externe momenten als in evenwicht worden beschouwd. Bovendien, als het systeem stationair is, is het in statisch evenwicht, en als het met een constante snelheid beweegt, is het in dynamisch evenwicht.
• In een thermodynamisch systeem is het systeem in (dynamisch/thermodynamisch) evenwicht als de temperatuur constant is en de invoer en uitvoer van warmte en massaoverdracht met gelijke snelheden.
• In een chemisch systeem, als de snelheid van de voorwaartse reactie en de achterwaartse reactie hetzelfde zijn, wordt gezegd dat het systeem in dynamisch evenwicht is.
