Termodynamická rovnováha

Termodynamická rovnováha  je stav systému, ve kterém makroskopické veličiny tohoto systému ( teplota , tlak , objem , entropie ) zůstávají v čase neměnné za podmínek izolace od okolí.

Vlastnosti

Obecně tyto hodnoty nejsou konstantní, pouze kolísají (kolísají) kolem svých průměrných hodnot. Jestliže rovnovážný systém odpovídá několika stavům, v každém z nich může být systém neomezeně dlouhý, pak se o systému říká, že je v metastabilní rovnováze. V rovnovážném stavu nedochází v systému k tokům hmoty ani energie, nerovnovážným potenciálům (nebo hnacím silám), změnám v počtu přítomných fází ( fázová rovnováha ). Rozlišujeme tepelné (statistické, je to i termodynamická rovnováha ), mechanické , hydroaeromechanické (hydrodynamické, hydrostatické ), radiační (sálavé) [1] a chemickéZůstatek. V praxi podmínka izolace znamená, že procesy ustavování rovnováhy probíhají mnohem rychleji, než dochází ke změnám na hranicích systému (tedy ke změnám podmínek vnějších vůči systému), a systém si vyměňuje hmotu a energii s okolím . Jinými slovy, termodynamické rovnováhy je dosaženo, pokud je rychlost relaxačních procesů dostatečně vysoká (to je zpravidla charakteristické pro vysokoteplotní procesy) nebo je doba dosažení rovnováhy dlouhá (tento případ nastává u geologických procesů).

Rovnovážný stav v makroskopickém systému je zvláště vhodný pro popis pro jeho jednoduchost. Je nezávislá na čase (s výjimkou kolísání) a zpravidla ji lze plně popsat několika makroskopickými parametry. Rovnovážný stav také nezávisí na prehistorii stavů makroskopického systému a je nejnáhodnějším makroskopickým stavem systému za daných podmínek [2] .

V reálných procesech se často realizuje neúplná ( relativní , mobilní , dynamická ) rovnováha , ale míra této neúplnosti může být významná i nevýznamná. V tomto případě jsou možné tři možnosti:

1. rovnováhy je dosaženo v některé části (nebo částech) relativně velkého systému - lokální rovnováha,
2. neúplné rovnováhy je dosaženo v důsledku rozdílu v rychlostech relaxačních procesů probíhajících v systému - částečná rovnováha,
3. dochází k lokální i částečné rovnováze.

V nerovnovážných systémech dochází ke změnám v tocích hmoty nebo energie, nebo například fází.

Stabilita termodynamické rovnováhy

Stav termodynamické rovnováhy se nazývá stabilní, pokud se při změně makroskopických parametrů systému systém samovolně vrátí do zadaného stavu [3] .

Kritéria pro termodynamickou stabilitu různých systémů:

• Izolovaný (absolutně neinteragující s prostředím) systém  je maximální entropie .
• Uzavřený (vyměňuje pouze teplo s termostatem) systém  - minimum volné energie .
• Systém s pevnou teplotou a tlakem  je minimem Gibbsova potenciálu .
• Systém s pevnou entropií a objemem  - minimum vnitřní energie .
• Systém s pevnou entropií a tlakově  minimální entalpií .

Poznámky

1. ↑ Viz také Tepelné rovnovážné záření .
2. ↑ Reif R. Statistická fyzika. - Berkeley kurz fyziky , svazek V. - M., Nauka , 1977. - str. 41-42
3. ↑ Rudoy Yu. G. Termodynamická stabilita Archivní kopie z 18. července 2019 na Wayback Machine // Great Russian Encyclopedia. Svazek 33. Moskva, 2017, s. 126