Det termodynamisk ligevægt af et isoleret system defineres som en balancestilstand, hvor de variabler, der karakteriserer det, og som kan måles eller beregnes, ikke gennemgår ændringer, da der på grund af dets isolering ikke er nogen eksterne kræfter, der har tendens til at ændre denne tilstand.
Både systemerne og klasserne af ligevægt, der skal overvejes, er meget forskellige. Et system kan være en celle, en iskold drink, et fly fuld af passagerer, en person eller et stykke maskine, for blot at nævne nogle få eksempler. De kan også være isolerede, lukkede eller åbne, afhængigt af om de kan udveksle energi og stof med deres miljø..
EN isoleret system det interagerer ikke med miljøet, intet kommer ind i eller forlader det. EN systemet lukket det kan udveksle energi, men ikke noget med miljøet omkring det. Endelig blev åbent system er fri til at udveksle med miljøet.
Nå, et isoleret system, der får lov til at udvikle sig længe nok, har spontant tendens til termodynamisk ligevægt, hvor dets variabler vil bevare deres værdi på ubestemt tid. Og når det er et åbent system, skal dets værdier være de samme som miljøets..
Dette opnås, forudsat at alle ligevægtsbetingelser, der pålægges af hver bestemt type, er opfyldt..
Artikelindeks
En slags grundlæggende ligevægt er termisk ligevægt, der er til stede i mange hverdagssituationer, såsom en varm kop kaffe og den ske, som sukkeret omrøres med.
Et sådant system har spontant tendens til at opnå den samme temperatur efter et bestemt tidsrum, hvorefter ligevægt ankommer, da alle delene har samme temperatur..
Når det sker, er der en temperaturforskel, der driver varmeveksling i hele systemet. Hvert system har tid til at opnå termisk ligevægt og nå den samme temperatur i alle dets punkter, kaldet afslapningstid.
Når trykket på alle punkter i et system er konstant, er det i mekanisk ligevægt.
Det kemisk balance, også undertiden kaldet materiel balance, det nås, når et systems kemiske sammensætning forbliver uændret over tid.
Generelt betragtes et system i termodynamisk ligevægt, når det er i termisk og mekanisk ligevægt samtidigt.
Variablerne, der undersøges for at analysere et systems termodynamiske ligevægt, er forskellige, og det mest anvendte er tryk, volumen, masse og temperatur. Andre variabler inkluderer position, hastighed og andre, hvis valg afhænger af det undersøgte system..
Som indikering af koordinaterne for et punkt gør det således muligt at kende dets nøjagtige placering ved at kende de termodynamiske variabler utvetydigt bestemmer et systems tilstand. Når systemet er i ligevægt, tilfredsstiller disse variabler et forhold kendt som ligning af tilstand.
Ligningen af tilstand er en funktion af termodynamiske variabler, hvis generelle form er:
f (P, V, T) = 0
Hvor P er tryk, V er volumen, og T er temperatur. Naturligvis kunne tilstandsligningen udtrykkes i form af andre variabler, men som nævnt tidligere er disse de variabler, der er mest brugt til at karakterisere termodynamiske systemer..
En af de mest kendte tilstandsligninger er idealgasser PV = nRT. Her n er antallet af mol, atomer eller molekyler og R er Boltzmanns konstant: 1,30 x 10-2. 3 J / K (Joule / Kelvin).
Antag, at vi har to termodynamiske systemer A og B med et termometer, som vi vil kalde T, som er i kontakt med system A længe nok til, at A og T når den samme temperatur. I dette tilfælde kan det sikres, at A og T er i termisk ligevægt.
Den samme procedure gentages derefter med system B og T. Hvis temperaturen for B viser sig at være den samme som for A, er A og B i termisk ligevægt. Dette resultat er kendt som nul-loven eller nul-princippet for termodynamik, som formelt er angivet som følger:
Hvis to systemer A og B er i termisk ligevægt hver uafhængigt af et tredje system T, er det muligt at angive, at A og B er i termisk ligevægt med hinanden.
Og ud fra dette princip konkluderes følgende:
Et system er i termodynamisk ligevægt, når alle dets dele har samme temperatur.
Derfor kan to legemer i termisk kontakt, der ikke har samme temperatur, ikke betragtes i termodynamisk ligevægt..
Hvad der driver et system til at opnå termisk ligevægt er entropi, en størrelse, der angiver, hvor tæt systemet er på ligevægt, hvilket indikerer dets tilstand af uorden. Jo mere uorden, jo mere entropi er der, det modsatte sker, hvis et system er meget ordnet, i dette tilfælde falder entropien.
Tilstanden for termisk ligevægt er netop tilstanden for maksimal entropi, hvilket betyder, at ethvert isoleret system går spontant mod en tilstand med større lidelse..
Nu er overførslen af termisk energi i systemet styret af ændringen i dets entropi. Lad S være entropien, og lad os med det græske bogstav "delta" betegne ændringen i den: AS. Ændringen, der fører systemet fra en indledende tilstand til en endelig tilstand, defineres som:
Denne ligning er kun gyldig for reversible processer. Process, hvor systemet fuldt ud kan vende tilbage til sine oprindelige forhold og på hvert punkt af den måde, det er i termodynamisk ligevægt.
- Ved overførsel af varme fra et varmere legeme til et koldere stiger entropien, indtil temperaturen på begge er den samme, hvorefter dens værdi forbliver konstant, hvis systemet er isoleret.
- Et andet eksempel på stigende entropi er opløsningen af natriumchlorid i vand, indtil ligevægt er nået, så snart saltet er helt opløst..
- I et fast stof, der smelter, øges entropien også, da molekylerne bevæger sig fra en mere ordnet situation, som er et fast stof, til en mere uordnet, såsom en væske..
- I nogle typer spontant radioaktivt henfald øges det resulterende antal partikler og dermed systemets entropi. I andre henfald, hvor partikeludslettelse opstår, er der en transformation af masse til kinetisk energi, der til sidst spreder varme, og entropien øges også..
Sådanne eksempler fremhæver det faktum, at termodynamisk ligevægt er relativ: et system kan være i termodynamisk ligevægt lokalt, for eksempel hvis kaffekoppen + teske systemet overvejes..
Imidlertid er kaffekoppen + skeen + miljøsystemet muligvis ikke i termisk ligevægt, før kaffen er helt afkølet..
Endnu ingen kommentarer