Разлика между статично и динамично равновесие

Статично срещу динамично равновесие
 

Равновесието е понятие, използвано в различни дисциплини, за да се изрази баланс между две противоположни сили в разглежданата 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 са специално изследвани в механиката, а също и във физическата химия.

Какво е статично равновесие?

Като общо значение, статичното равновесие се определя като състояние, при което както макроскопичните, така и микроскопичните свойства на една система остават непроменени с времето.

В механиката система без действаща върху нея сила може да се счита за равновесно състояние. Достатъчно е да се каже, че ако,

• Векторната сума на всички външни сили е нула; ∑ → F_EXT = 0

• Сумата от моментите на всички външни сили за всяка права е нула, ∑ → G_EXT = 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 вътре в една стая. Външните сили върху обекта или гравитационното дърпане (т.е. теглото) се противодействат на реакцията върху обекта от таблицата. Също така, реакцията и теглото са на една и съща линия, така че не се получават моменти. Също така 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 бъде дефинирано като състояние на система, при която макроскопичните свойства остават непроменени, докато микроскопичните свойства се променят.

В механиката тя може да бъде определена като състояние на система, при която системата е в равновесие, но скоростта не е нулева (т.е. системата се движи с постоянна скорост). Следователно,

• Σ → F_EXT = 0

• Σ → G_EXT = 0

• → V ≠ 0

Отново помислете за масата и обекта, но вместо стая, тя се поставя вътре в кабина на влак, движещ се с постоянна скорост.

В контекста на термодинамиката, ако температурата на дадена система остане непроменена (т.е. енергията на системата е непроменена), докато топлината и преносът на работа се случват. Необходимото условие е сумата на работния вход и топлинния вход да е равна на сумата на работната мощност и топлинната мощност.

В химическа система динамично равновесие възниква, когато реакцията напред и обратната реакция протичат с една и съща скорост в обратима реакция. Концентрацията на реагентите и продуктите остават непроменени, но все пак някои от реагентите се превръщат в продукти, а продуктите се превръщат в реагенти. Но тези два противоположни процеса протичат със същата скорост.

Например, помислете за НЕ₂ и N₂О₄ система. Когато НЕ₂ газ се компресира в контейнер, нарастването на налягането води до пристрастие на системата напред и N₂О₄ се произвежда за намаляване на броя на молекулите и евентуално намаляване на налягането. Но в определен момент напред реакцията изглежда спира и N₂О₄ производството сякаш спира. Концентрациите (или частичното налягане) на системата остават непроменени. Но на молекулно ниво НЕ₂ се преобразува в N₂О₄ и обратно.

Каква е разликата между статичното и динамичното равновесие?

• В 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 небалансирани външни сили и външни моменти може да се счита за равновесна. Освен това, ако системата е неподвижна, тя е в статично равновесие и ако се движи с постоянна скорост, тя е в динамично равновесие.

• В термодинамична система, ако температурата е постоянна, а входът и изходът на пренос на топлина и маса са с еднакви скорости, системата е в (динамично / термодинамично) равновесие.

• В химическа система, ако скоростта на напредващата реакция и обратната реакция са еднакви, се казва, че системата е в динамично равновесие.