De termodynamisk jämvikt av ett isolerat system definieras som ett tillstånd av balans där variablerna som karakteriserar det och som kan mätas eller beräknas inte genomgår förändringar, eftersom det på grund av dess isolering inte finns några yttre krafter som tenderar att modifiera det.
Både systemen och de jämviktsklasser som ska beaktas är mycket olika. Ett system kan vara en cell, en iskall dryck, ett plan fullt av passagerare, en person eller en bit maskin, för att bara nämna några exempel. De kan också vara isolerade, stängda eller öppna, beroende på om de kan utbyta energi och materia med sin miljö..
A isolerat system den interagerar inte med miljön, ingenting går in eller lämnar den. A systemet stängt det kan utbyta energi men spelar ingen roll med omgivningen. Slutligen, öppna system är fri att utbyta med miljön.
Tja, ett isolerat system som får utvecklas tillräckligt länge tenderar spontant till termodynamisk jämvikt där dess variabler kommer att behålla sitt värde på obestämd tid. Och när det är ett öppet system måste dess värden vara desamma som för miljön..
Detta kommer att uppnås förutsatt att alla jämviktsförhållanden som införs av varje speciell typ är uppfyllda..
Artikelindex
En typ av grundläggande jämvikt är termisk jämvikt, som finns i många vardagliga situationer, såsom en varm kopp kaffe och den sked som sockret rörs med.
Ett sådant system tenderar spontant att erhålla samma temperatur efter en viss tid, varefter jämvikt anländer eftersom alla delar har samma temperatur..
När det händer finns det en temperaturskillnad som driver värmeväxling genom hela systemet. Varje system har tid att uppnå termisk jämvikt och nå samma temperatur i alla sina punkter, kallad avslappningstid.
När trycket vid alla punkter i ett system är konstant, är det i mekanisk jämvikt.
De kemisk balans, kallas också ibland materiell balans, den uppnås när den kemiska sammansättningen i ett system förblir oförändrad över tiden.
I allmänhet betraktas ett system i termodynamisk jämvikt när det är i termisk och mekanisk jämvikt samtidigt.
Variablerna som studeras för att analysera den termodynamiska jämvikten i ett system är olika, de vanligaste är tryck, volym, massa och temperatur. Andra variabler inkluderar position, hastighet och andra vars val beror på vilket system som studeras..
Som att indikera koordinaterna för en punkt gör det sålunda möjligt att känna till dess exakta läge, att veta de termodynamiska variablerna bestämmer otvetydigt tillståndet för ett system. När systemet väl är i jämvikt uppfyller dessa variabler ett förhållande som kallas tillståndsekvation.
Tillståndsekvationen är en funktion av termodynamiska variabler vars allmänna form är:
f (P, V, T) = 0
Där P är tryck, V är volym och T är temperatur. Naturligtvis kan tillståndsekvationen uttryckas i termer av andra variabler, men som sagt tidigare är dessa de variabler som används mest för att karakterisera termodynamiska system..
En av de mest kända tillståndsekvationerna är idealgaser PV = nRT. Här n är antalet mol, atomer eller molekyler och R är Boltzmanns konstant: 1,30 x 10-2. 3 J / K (Joule / Kelvin).
Anta att vi har två termodynamiska system A och B med en termometer som vi kommer att kalla T, som kommer i kontakt med system A tillräckligt länge för att A och T ska nå samma temperatur. I detta fall kan det säkerställas att A och T befinner sig i termisk jämvikt.
Samma procedur upprepas sedan med system B och T. Om temperaturen för B visar sig vara densamma som för A, är A och B i termisk jämvikt. Detta resultat är känt som termodynamikens nollag eller nollprincip, som formellt anges enligt följande:
Om två system A och B är i termisk jämvikt var och en oberoende av varandra med ett tredje system T, är det möjligt att ange att A och B är i termisk jämvikt med varandra.
Och utifrån denna princip dras följande slutsats:
Ett system är i termodynamisk jämvikt när alla dess delar har samma temperatur.
Därför kan två kroppar i termisk kontakt som inte har samma temperatur inte betraktas i termodynamisk jämvikt..
Det som driver ett system för att uppnå termisk jämvikt är entropi, en storlek som indikerar hur nära systemet är till jämvikt, vilket indikerar dess tillstånd av oordning. Ju mer oordning, desto mer entropi finns, tvärtom inträffar om ett system är mycket ordnat, i detta fall minskar entropin.
Tillståndet för termisk jämvikt är exakt tillståndet för maximal entropi, vilket innebär att alla isolerade system går spontant mot ett tillstånd av större oordning..
Nu styrs överföringen av termisk energi i systemet av förändringen i dess entropi. Låt S vara entropin och låt oss beteckna förändringen i den grekiska bokstaven "delta": AS. Ändringen som tar systemet från ett initialt tillstånd till ett slutligt tillstånd definieras som:
Denna ekvation är endast giltig för reversibla processer. Process där systemet helt kan återgå till sina ursprungliga förhållanden och vid varje punkt på vägen det är i termodynamisk jämvikt.
- Vid överföring av värme från en varmare kropp till en kallare ökar entropin tills temperaturen för båda är densamma, varefter dess värde förblir konstant om systemet isoleras.
- Ett annat exempel på ökande entropi är upplösningen av natriumklorid i vatten tills jämvikt uppnås så snart saltet har lösts helt..
- I en fast substans som smälter ökar också entropin, eftersom molekylerna rör sig från en mer ordnad situation, som är en fast, till en mer oordning, såsom en vätska..
- I vissa typer av spontant radioaktivt förfall ökar det resulterande antalet partiklar och därmed systemets entropi. I andra sönderfall där partikelförintelse inträffar sker en omvandling av massa till kinetisk energi som så småningom släpper ut värme och entropin ökar också..
Sådana exempel belyser det faktum att termodynamisk jämvikt är relativ: ett system kan vara i termodynamisk jämvikt lokalt, till exempel om kaffekoppen + teskedssystemet beaktas..
Emellertid kanske kaffekoppen + skeden + miljösystemet inte är i termisk jämvikt förrän kaffet har svalnat helt..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.