Рівновага термодинамічної системи

Рівнова́га термодинамі́чної систе́ми або термодинамічна рівновага — стан, при якому термодинамічні параметри усіх тіл, що входять у термодинамічну систему тривалий час не змінюються. Такий стан є тоді, коли тиск, температура і хімічний склад системи в усіх її частинах є однаковими. Якщо в термодинамічній системі, що не має теплоізоляційних й абсолютно жорстких перегородок, тіла або їх частини перебувають не в однаковому стані, то за відсутності нових зовнішніх впливів через певний час у системі настане термодинамічна рівновага.

Умови термодинамічної рівноваги

При термодинамічній рівновазі передавання теплоти від одних тіл системи до інших та механічне відносне переміщення окремих частин і частинок системи відсутні, тобто має місце теплова, механічна й дифузійна рівновага.

Теплова рівновага (англ. thermal equilibrium) — стан матеріальних об'єктів, які перебувають у тепловому контакті, що характеризується повною відсутністю теплообміну між ними, який однозначно означає рівність їхніх температур.

Механічна рівновага — стан, при якому є неможливими будь-які макроскопічні рухи частин системи, але поступальний рух та обертання системи як цілого є допустимими. За відсутності зовнішніх порів і обертання системи умовою її механічної рівноваги є сталість тиску у всьому об'ємі системи.

Хімічна рівновага забезпечується сталістю хімічного потенціалу в об'ємі системи.

При термодинамічній рівновазі тиск і температура усіх тіл, які входять до системи, дорівнюватимуть температурі і тиску навколишнього середовища. Із зміною зовнішніх умов буде змінюватись і стан системи. Ця зміна спостерігатиметься доти, доки знову не настане рівність тисків і температур системи і середовища, яке її оточує, тобто не настане стійка рівновага.

Без зовнішнього впливу (самовільно) система вийти із стану рівноваги не спроможна.

Достатні умови термодинамічної рівноваги (умови стійкості) можуть бути отримані з другого закону термодинаміки. У загальному випадку система перебуває у термодинамічній рівновазі тоді, коли термодинамічний потенціал системи, отриманий на основі незалежних у даних умовах змінних, є мінімальним, а ентропія є максимальною.

Особливості встановлення термодинамічної рівноваги

Процес встановлення рівноваги в термодинамічній системі складний і загалом включає в себе декілька стадій. Якщо сполучити між собою дві різні системи загалом з різним хімічним складом, температурою і тиском, то перш за все встановлюється рівновага тиску. Наступним за швидкістю процесом є встановлення температурної рівноваги. Встановлення рівноваги за складом може відбуватися дуже довго. Наприклад, у випадку дифузії в твердих тілах. Тому часто про рівноважні системи говорять, що в них уже відбулися всі швидкі процеси, а всі повільні процеси ще не завершилися.

Теpмодинамiчна константа рiвноваги

Вiдношення добуткiв рiвноважних активностей продуктiв до добутку рiвноважних активностей реактантiв, Активнiсть кожного реагенту береться в ступенi, рiвному його стехiометричному коефiцiєнту. Вона є функцiєю температури й тиску в системi. Синонім — стандартна константа рівноваги.

Див. також

• Стазис
• Теплова смерть
• Ентропія
• Принцип Ле Шательє — Брауна
• Термодинамічні потенціали
• Термодинамічна система

Джерела

• Теплотехніка: підручник для студ. вищих техн. навч. закл. / Б. Х. Драганов [та ін.]; За ред. Б. Х. Драганова. — К. : ІНКОС, 2005. — 504 с. — ISBN 966-8347-23-4
• Буляндра О. Ф. Технічна термодинаміка: Підручн. для студентів енерг. спец. вищ. навч. закладів. — К.: Техніка, 2001. — 320 с. ISBN 966-575-103-4
• Швець І. Т., Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. — К.: Вища школа, 1977. — 269 с.
• Базаров И. П. Термодинамика. Учебник для вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк. — 1991. — 376 с. ISBN 5-06-000626-3

Посилання

• Локальна термічна рівновага випромінювання (англ.)
• UC Berkeley lecture про термічну рівновагу