De termodynamisk likevekt av et isolert system er definert som en tilstand av balanse der variablene som kjennetegner det og som kan måles eller beregnes, ikke gjennomgår endringer, siden det på grunn av dets isolasjon ikke er noen eksterne krefter som har en tendens til å modifisere denne tilstanden.
Både systemene og klassene av likevekt som skal vurderes er veldig forskjellige. Et system kan være en celle, en iskald drikke, et fly fullt av passasjerer, en person eller et stykke maskin, for å nevne noen få eksempler. De kan også være isolerte, lukkede eller åpne, avhengig av om de kan utveksle energi og materie med omgivelsene..
EN isolert system det samhandler ikke med miljøet, ingenting kommer inn i eller forlater det. EN systemet lukket det kan utveksle energi, men ikke ha betydning for miljøet rundt det. Til slutt, åpent system står fritt til å utveksle med miljøet.
Vel, et isolert system som får utvikle seg lenge nok, har en spontan tendens til termodynamisk likevekt der variablene vil beholde sin verdi på ubestemt tid. Og når det er et åpent system, må dets verdier være de samme som miljøets..
Dette vil bli oppnådd forutsatt at alle likevektsbetingelsene pålagt av hver spesielle type er oppfylt..
Artikkelindeks
En slags grunnleggende likevekt er termisk likevekt, som er til stede i mange hverdagssituasjoner, for eksempel en varm kopp kaffe og skjeen sukkeret blir rørt med.
Et slikt system har en spontan tendens til å oppnå den samme temperaturen etter en viss tid, hvoretter likevekt kommer når alle delene har samme temperatur..
Når det skjer, er det en temperaturforskjell som driver varmeveksling gjennom hele systemet. Hvert system har tid til å oppnå termisk likevekt og nå samme temperatur i alle sine punkter, kalt avslappningstid.
Når trykket på alle punkter i et system er konstant, er det i mekanisk likevekt.
De kjemisk balanse, også noen ganger kalt materiell balanse, den når når den kjemiske sammensetningen av et system forblir uendret over tid.
Generelt betraktes et system i termodynamisk likevekt når det er i termisk og mekanisk likevekt samtidig.
Variablene som studeres for å analysere den termodynamiske likevekten i et system er forskjellige, og det mest brukte er trykk, volum, masse og temperatur. Andre variabler inkluderer posisjon, hastighet og andre hvis valg avhenger av systemet som studeres..
Således som det å indikere koordinatene til et punkt gjør det mulig å kjenne den nøyaktige plasseringen, og å vite de termodynamiske variablene bestemmer utvetydig tilstanden til et system. Når systemet er i likevekt, tilfredsstiller disse variablene et forhold kjent som ligning av staten.
Ligningen av tilstanden er en funksjon av termodynamiske variabler hvis generelle form er:
f (P, V, T) = 0
Der P er trykk, V er volum, og T er temperatur. Naturligvis kan tilstandsligningen uttrykkes i form av andre variabler, men som sagt tidligere, dette er de variablene som er mest brukt for å karakterisere termodynamiske systemer..
En av de mest kjente tilstandsligningene er ideelle gasser PV = nRT. Her n er antall mol, atomer eller molekyler og R er Boltzmanns konstant: 1,30 x 10-2. 3 J / K (Joule / Kelvin).
Anta at vi har to termodynamiske systemer A og B med et termometer som vi vil kalle T, som blir satt i kontakt med system A lenge nok til at A og T når samme temperatur. I dette tilfellet kan det sikres at A og T er i termisk likevekt.
Den samme prosedyren blir deretter gjentatt med system B og T. Hvis temperaturen på B viser seg å være den samme som for A, er A og B i termisk likevekt. Dette resultatet er kjent som null-loven eller null-prinsippet for termodynamikk, som formelt er angitt som følger:
Hvis to systemer A og B er i termisk likevekt hver uavhengig med et tredje system T, er det mulig å si at A og B er i termisk likevekt med hverandre.
Og av dette prinsippet konkluderes følgende:
Et system er i termodynamisk likevekt når alle delene har samme temperatur.
Derfor kan to legemer i termisk kontakt som ikke har samme temperatur, ikke betraktes i termodynamisk likevekt..
Det som driver et system for å oppnå termisk likevekt er entropi, en størrelse som indikerer hvor nær systemet er likevekt, noe som indikerer dets tilstand av uorden. Jo mer uorden, jo mer entropi er det, det motsatte oppstår hvis et system er veldig ordnet, i dette tilfellet avtar entropien.
Tilstanden for termisk likevekt er nettopp tilstanden til maksimal entropi, noe som betyr at ethvert isolert system går spontant mot en tilstand med større lidelse..
Nå er overføringen av termisk energi i systemet styrt av endringen i entropien. La S være entropien, og la oss med den greske bokstaven "delta" betegne endringen i den: ΔS. Endringen som tar systemet fra en opprinnelig tilstand til en endelig tilstand er definert som:
Denne ligningen er bare gyldig for reversible prosesser. Prosess der systemet helt kan gå tilbake til de opprinnelige forholdene og på hvert punkt av måten det er i termodynamisk likevekt.
- Ved overføring av varme fra et varmere legeme til et kaldere, øker entropien til temperaturen til begge er den samme, hvoretter verdien forblir konstant hvis systemet er isolert.
- Et annet eksempel på økende entropi er oppløsningen av natriumklorid i vann, til likevekt er nådd så snart saltet er helt oppløst..
- I et fast stoff som smelter, øker også entropien, siden molekylene beveger seg fra en mer ordnet situasjon, som er en fast, til en mer uordnet, som en væske..
- I noen typer spontant radioaktivt forfall øker det resulterende antall partikler og med det entropien til systemet. I andre forfall der partikkelutslettelse forekommer, skjer det en transformasjon av masse til kinetisk energi som til slutt sprer varmen, og entropien øker også..
Slike eksempler fremhever det faktum at termodynamisk likevekt er relativ: et system kan være i termodynamisk likevekt lokalt, for eksempel hvis kaffekoppen + ts systemet vurderes..
Imidlertid kan det hende at kaffekoppen + skjeen + miljøsystemet ikke er i termisk likevekt før kaffen er helt avkjølt..
Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.