echilibru termodinamic a unui sistem izolat este definit ca o stare de echilibru în care variabilele care îl caracterizează și care pot fi măsurate sau calculate nu suferă modificări, deoarece datorită izolării sale nu există forțe externe care tind să modifice acea stare.
Atât sistemele, cât și clasele de echilibru care trebuie luate în considerare sunt foarte diverse. Un sistem poate fi o celulă, o băutură rece ca gheața, un avion plin de pasageri, o persoană sau o piesă de mașină, pentru a numi doar câteva exemple. De asemenea, pot fi izolate, închise sau deschise, în funcție de faptul că pot sau nu să facă schimb de energie și materie cu mediul lor..
A sistem izolat nu interacționează cu mediul, nu intră și nu iese din el. A sistemul închis poate schimba energie, dar nu contează cu mediul din jur. În cele din urmă, sistem deschis este liber să facă schimburi cu mediul.
Ei bine, un sistem izolat care este lăsat să evolueze suficient de mult timp, tinde spontan spre echilibru termodinamic în care variabilele sale își vor păstra valoarea la nesfârșit. Și atunci când este un sistem deschis, valorile sale trebuie să fie aceleași cu cele ale mediului..
Acest lucru se va realiza cu condiția ca toate condițiile de echilibru impuse de fiecare tip particular să fie îndeplinite..
Indice articol
Un tip de echilibru fundamental este echilibru termic, care este prezent în multe situații de zi cu zi, cum ar fi o ceașcă fierbinte de cafea și lingura cu care se amestecă zahărul.
Un astfel de sistem tinde spontan să dobândească aceeași temperatură după un anumit timp, după care ajunge echilibrul, deoarece toate părțile sunt la aceeași temperatură..
Pe măsură ce se întâmplă acest lucru, există o diferență de temperatură care determină schimbul de căldură în întregul sistem. Fiecare sistem are un timp pentru a atinge echilibrul termic și pentru a atinge aceeași temperatură în toate punctele sale, numit timp de relaxare.
Când presiunea din toate punctele unui sistem este constantă, aceasta se află în echilibru mecanic.
echilibrul chimic, numit uneori echilibrul material, se ajunge atunci când compoziția chimică a unui sistem rămâne neschimbată în timp.
În general, un sistem este considerat în echilibru termodinamic atunci când este în echilibru termic și mecanic simultan.
Variabilele studiate pentru a analiza echilibrul termodinamic al unui sistem sunt diverse, cele mai frecvent utilizate fiind presiunea, volumul, masa și temperatura. Alte variabile includ poziția, viteza și altele a căror selecție depinde de sistemul în studiu..
Astfel, așa cum indicarea coordonatelor unui punct face posibilă cunoașterea locației sale exacte, cunoașterea variabilelor termodinamice determină fără echivoc starea unui sistem. Odată ce sistemul este în echilibru, aceste variabile satisfac o relație cunoscută sub numele de ecuația de stare.
Ecuația de stare este o funcție a variabilelor termodinamice a căror formă generală este:
f (P, V, T) = 0
Unde P este presiunea, V este volumul și T este temperatura. Bineînțeles, ecuația de stare ar putea fi exprimată în termeni de alte variabile, dar așa cum am spus mai înainte, acestea sunt variabilele cele mai utilizate pentru a caracteriza sistemele termodinamice..
Una dintre cele mai cunoscute ecuații de stare este cea a gazelor ideale PV = nRT. Aici n este numărul de aluniți, atomi sau molecule și R este constanta lui Boltzmann: 1,30 x 10-2. 3 J / K (Joule / Kelvin).
Să presupunem că avem două sisteme termodinamice A și B cu un termometru pe care îl vom numi T, care este pus în contact cu sistemul A suficient de lung pentru ca A și T să atingă aceeași temperatură. În acest caz se poate asigura că A și T sunt în echilibru termic.
Același procedeu se repetă apoi cu sistemul B și T. Dacă temperatura lui B se dovedește a fi aceeași cu cea a lui A, atunci A și B sunt în echilibru termic. Acest rezultat este cunoscut sub numele de legea zero sau principiul zero al termodinamicii, care este enunțat formal după cum urmează:
Dacă două sisteme A și B sunt în echilibru termic fiecare independent cu un al treilea sistem T, atunci este posibil să se afirme că A și B sunt în echilibru termic unul cu celălalt.
Și din acest principiu se concluzionează următoarele:
Un sistem se află în echilibru termodinamic atunci când toate părțile sale sunt la aceeași temperatură.
Prin urmare, doi corpuri în contact termic care nu sunt la aceeași temperatură nu pot fi considerați în echilibru termodinamic..
Ceea ce determină un sistem să atingă echilibrul termic este entropie, o magnitudine care indică cât de aproape este sistemul de echilibru, indicând starea sa de tulburare. Cu cât mai multă tulburare, cu atât mai multă entropie există, exact opusul se produce dacă un sistem este foarte ordonat, în acest caz entropia scade.
Starea de echilibru termic este tocmai starea de entropie maximă, ceea ce înseamnă că orice sistem izolat merge spontan către o stare de tulburare mai mare..
Acum, transferul de energie termică în sistem este guvernat de schimbarea entropiei sale. Fie S entropia și să notăm cu litera greacă „delta” schimbarea din ea: ΔS. Schimbarea care duce sistemul de la o stare inițială la o stare finală este definită ca:
Această ecuație este valabilă numai pentru procesele reversibile. Proces în care sistemul poate reveni pe deplin la condițiile sale inițiale și în fiecare punct al modului în care se află în echilibru termodinamic.
- În transferul căldurii de la un corp mai cald la unul mai rece, entropia crește până când temperatura ambelor este aceeași, după care valoarea sa rămâne constantă dacă sistemul este izolat.
- Un alt exemplu de entropie crescândă este dizolvarea clorurii de sodiu în apă, până când se ajunge la echilibru imediat ce sarea s-a dizolvat complet..
- Într-un solid care se topește, entropia crește, de asemenea, deoarece moleculele trec de la o situație mai ordonată, care este solidă, la una mai dezordonată, cum ar fi un lichid..
- În unele tipuri de dezintegrare radioactivă spontană, crește numărul de particule rezultat și, odată cu acesta, entropia sistemului. În alte dezintegrări în care are loc anihilarea particulelor, există o transformare a masei în energie cinetică care în final disipă căldura, iar entropia crește, de asemenea..
Astfel de exemple evidențiază faptul că echilibrul termodinamic este relativ: un sistem poate fi local în echilibru termodinamic, de exemplu dacă se ia în considerare sistemul de ceașcă de cafea + linguriță..
Cu toate acestea, este posibil ca ceașca de cafea + lingura + sistemul de mediu să nu fie în echilibru termic până când cafeaua nu s-a răcit complet..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.