Διαφορά μεταξύ στατικής και δυναμικής ισορροπίας: Στατική έναντι δυναμικής ισορροπίας
Στατική έναντι δυναμικής ισορροπίας
Η ισορροπία είναι μια έννοια που χρησιμοποιείται σε διάφορους κλάδους, για να εκφράσει μια ισορροπία μεταξύ δύο αντιτιθέμενων δυνάμεων σε ένα θεωρούμενο σύστημα.
Στην περίπτωση αυτή, η στατική ισορροπία και η δυναμική ισορροπία είναι δύο καταστάσεις ενός φυσικού συστήματος όπου δύο ή περισσότερες ιδιότητες βρίσκονται σε ισορροπία. Αυτές οι περιπτώσεις εξετάζονται ειδικά στη μηχανική, αλλά και στη φυσική χημεία.
Τι είναι η στατική ισορροπία;
Ως γενική έννοια, η στατική ισορροπία ορίζεται ως μια κατάσταση στην οποία τόσο οι μακροσκοπικές όσο και οι μικροσκοπικές ιδιότητες ενός συστήματος παραμένουν αμετάβλητες με το χρόνο.
Στη μηχανική, ένα σύστημα που δεν ασκεί επίδραση επί της δύναμης μπορεί να θεωρηθεί σε κατάσταση ισορροπίας. Αρκεί να πούμε ότι εάν
• Το άθροισμα των διανυσμάτων όλων των εξωτερικών δυνάμεων είναι μηδέν. Σ → Σ EXT = 0
Το άθροισμα των στιγμών όλων των εξωτερικών δυνάμεων για οποιαδήποτε γραμμή είναι μηδέν, Σ → GEXT = 0 τότε το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία. Επιπλέον, εάν η ταχύτητα του συστήματος είναι επίσης μηδέν (δηλ.
→ V = 0), τότε το σύστημα βρίσκεται σε στατική ισορροπία. Για παράδειγμα, εξετάστε ένα αντικείμενο που βρίσκεται σε ένα τραπέζι μέσα σε ένα δωμάτιο. Οι εξωτερικές δυνάμεις επί του αντικειμένου, ή η βαρυτική έλξη (δηλαδή το βάρος), αντισταθμίζονται από την αντίδραση στο αντικείμενο από τον πίνακα. Επίσης, η αντίδραση και το βάρος είναι στην ίδια γραμμή, έτσι δεν παράγονται στιγμές. Επίσης, ο πίνακας βρίσκεται στο έδαφος σε ένα δωμάτιο, και δεν κινείται. Επομένως, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το βιβλίο βρίσκεται σε στατική ισορροπία.
Η δυναμική ισορροπία μπορεί γενικά να οριστεί ως κατάσταση ενός συστήματος όπου οι μακροσκοπικές ιδιότητες παραμένουν αμετάβλητες ενώ οι μικροσκοπικές ιδιότητες αλλάζουν.
Στη μηχανική, μπορεί να οριστεί συγκεκριμένα ως κατάσταση ενός συστήματος όπου το σύστημα είναι σε ισορροπία, αλλά η ταχύτητα δεν είναι μηδέν (δηλ. Το σύστημα κινείται με σταθερή ταχύτητα). Επομένως, Σ → F EXT = 0 → V ≠ 0
Πάλι εξετάστε το τραπέζι και το αντικείμενο, αλλά αντί για ένα δωμάτιο, τοποθετείται μέσα σε μια καμπίνα μιας αμαξοστοιχίας που κινείται με σταθερή ταχύτητα. Στο πλαίσιο της θερμοδυναμικής, εάν η θερμοκρασία ενός συστήματος παραμείνει αμετάβλητη (δηλ. Η ενέργεια του συστήματος παραμένει αμετάβλητη) ενώ συμβαίνει η μεταφορά θερμότητας και εργασίας. Η απαραίτητη προϋπόθεση είναι ότι το άθροισμα της εισόδου εργασίας και της εισόδου θερμότητας πρέπει να είναι ίσο με το άθροισμα της εργασίας και της θερμικής παραγωγής. Σε ένα χημικό σύστημα, η δυναμική ισορροπία συμβαίνει όταν η εμπρόσθια αντίδραση και η αντίστροφη αντίδραση συμβαίνουν με τον ίδιο ρυθμό σε μια αντιστρεπτή αντίδραση. Η συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και των προϊόντων παραμένει αμετάβλητη, αλλά μερικά από τα αντιδραστήρια μετατρέπονται σε προϊόντα και τα προϊόντα μετατρέπονται σε αντιδραστήρια. Αλλά αυτές οι δύο αντίθετες διαδικασίες συμβαίνουν με τον ίδιο ρυθμό. Για παράδειγμα, εξετάστε το σύστημα NO
2 και N
2
O
4
. Όταν το αέριο NO 2 είναι συμπιεσμένο σε ένα δοχείο, η αύξηση της πίεσης προκαλεί την εκτροπή του συστήματος προς τα εμπρός και παράγεται N 2 O 4 τον αριθμό των μορίων και τελικά τη μείωση της πίεσης. Αλλά σε κάποιο σημείο φαίνεται ότι η αντίδραση μπροστά σταματά και η παραγωγή N 2 O 4 φαίνεται να σταματάει. Οι συγκεντρώσεις (ή μερική πίεση) του συστήματος παραμένουν αμετάβλητες. Αλλά σε μοριακό επίπεδο το NO 2 μετατρέπεται σε N 2 O 4 και αντίστροφα. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ στατικής και δυναμικής ισορροπίας; • Σε στατική ισορροπία, τόσο οι μικροσκοπικές όσο και οι μακροσκοπικές ιδιότητες παραμένουν αμετάβλητες, ενώ, σε δυναμική ισορροπία, οι μικροσκοπικές ιδιότητες αλλάζουν ενώ οι μακροσκοπικές ιδιότητες παραμένουν αμετάβλητες. • Στη μηχανική, ένα σύστημα χωρίς μη ισορροπημένες εξωτερικές δυνάμεις και εξωτερικές ροπές μπορεί να θεωρηθεί ότι βρίσκεται σε ισορροπία. Επιπλέον, εάν το σύστημα είναι ακίνητο, βρίσκεται σε στατική ισορροπία και, εάν μετακινείται με σταθερή ταχύτητα, είναι σε δυναμική ισορροπία. • Σε ένα θερμοδυναμικό σύστημα, εάν η θερμοκρασία είναι σταθερή και η είσοδος και η απόδοση μεταφοράς θερμότητας και μάζας είναι σε ίσες τιμές, το σύστημα βρίσκεται σε (δυναμική / θερμοδυναμική) ισορροπία. • Σε ένα χημικό σύστημα, αν ο ρυθμός της πρόσθιας αντίδρασης και της ανάστροφης αντίδρασης είναι ίδιοι, το σύστημα λέγεται ότι βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία.
