Che cos'è l'equilibrio termodinamico?
L'equilibrio termodinamico descrive un sistema le cui proprietà non cambieranno senza una sorta di interferenza esterna. In altre parole, un sistema in equilibrio termodinamico non cambierà a meno che non venga aggiunto o sottratto qualcosa da esso. Un esempio di questo è una bevanda tiepida. La bevanda potrebbe essere iniziata fredda, ma il calore proveniente dall'aria si sposterà nella bevanda fredda e la renderà più calda fino a raggiungere la stessa temperatura dell'aria, raggiungendo così l'equilibrio termodinamico. Inoltre, poiché il calore si sta spostando dall'aria alla bevanda, anche l'aria immediatamente intorno al forno diventerà più fredda.
Il processo utilizzato da un sistema per raggiungere l'equilibrio termodinamico è descritto in due leggi della fisica: la prima legge della termodinamica e la seconda legge della termodinamica. La prima legge afferma che l'energia non può essere creata o distrutta, può solo essere trasferita. La seconda legge afferma che in un sistema isolato, l'entropia aumenterà fino a raggiungere l'equilibrio. Questa è l'essenza dell'equilibrio termodinamico. Perché un oggetto raggiunga l'equilibrio termodinamico, devono essere soddisfatte tre condizioni: equilibrio chimico, equilibrio meccanico ed equilibrio termico.
L'equilibrio meccanico descrive cosa succede quando non ci sono forze sbilanciate in un sistema o con un sistema e l'ambiente circostante. Ciò significa che le forze devono essere uguali in un sistema, in un sistema e nei suoi dintorni. Una di queste forze è la pressione. Se la pressione è la stessa nel sistema e con il sistema e l'ambiente circostante, viene raggiunto l'equilibrio meccanico. Se non c'è equilibrio meccanico, il sistema cercherà di raggiungere l'equilibrio.
Affinché un sistema sia in equilibrio chimico, non dovrebbero verificarsi reazioni chimiche nette. In alcuni sistemi ciò può significare che le reazioni chimiche si sono fermate. Tuttavia, in altri sistemi ciò può significare che un sistema ha raggiunto un equilibrio dinamico. L'equilibrio dinamico descrive uno stato in cui si verificano reazioni in avanti e di riserva in modo tale che la quantità netta dei reagenti rimanga invariata. Nell'equilibrio chimico, è anche necessario che la materia non si sposti da un'area all'altra, come ciò che accade quando si sta verificando la diffusione.
Quando un oggetto è in equilibrio termico, le temperature devono essere le stesse. L'esempio della bevanda tiepida è un esempio di un sistema che raggiunge l'equilibrio termico. Quando un oggetto entra in contatto termico con un altro oggetto, come l'aria, il calore si sposta da una concentrazione più alta a una concentrazione più bassa, cioè da calda a fredda. Per inciso, ciò significa che il ghiaccio non raffredda una bevanda, ma piuttosto la bevanda riscalda il ghiaccio. Il calore continuerà a spostarsi da alta concentrazione a bassa fino a quando entrambi gli oggetti sono alla stessa temperatura e viene raggiunto l'equilibrio termico.