Co to jest równowaga termodynamiczna?
Równowaga termodynamiczna opisuje układ, którego właściwości nie zmienią się bez jakiegoś rodzaju zakłóceń zewnętrznych. Innymi słowy, układ w równowadze termodynamicznej nie zmieni się, chyba że coś zostanie do niego dodane lub odjęte. Przykładem tego jest letni napój. Napój mógł zacząć się na zimno, ale ciepło z powietrza przenosi się do zimnego napoju i sprawia, że jest cieplejsze, aż osiągnie taką samą temperaturę jak powietrze - osiągając w ten sposób równowagę termodynamiczną. Ponadto, ponieważ ciepło przepływa z powietrza do napoju, powietrze bezpośrednio wokół cu \ p również stanie się chłodniejsze.
Proces wykorzystywany przez układ do osiągnięcia równowagi termodynamicznej opisany jest w dwóch prawach fizyki: pierwszej zasadzie termodynamiki i drugiej zasadzie termodynamiki. Pierwsze prawo stanowi, że energii nie można wytworzyć ani zniszczyć, można ją jedynie przenieść. Drugie prawo mówi, że w układzie izolowanym entropia będzie się zwiększać aż do osiągnięcia równowagi. To jest istota równowagi termodynamicznej. Aby obiekt mógł osiągnąć równowagę termodynamiczną, muszą być spełnione trzy warunki: równowaga chemiczna, równowaga mechaniczna i równowaga termiczna.
Równowaga mechaniczna opisuje, co dzieje się, gdy w układzie lub w układzie i jego otoczeniu nie występują niezrównoważone siły. Oznacza to, że siły muszą być równe w układzie oraz w układzie i jego otoczeniu. Jedną z takich sił jest nacisk. Jeśli ciśnienie w układzie jest takie samo, a układ i jego otoczenie osiąga się równowagę mechaniczną. Jeśli nie ma równowagi mechanicznej, system będzie dążył do osiągnięcia równowagi.
Aby układ był w równowadze chemicznej, nie powinny zachodzić żadne reakcje chemiczne netto. W niektórych systemach może to oznaczać zatrzymanie reakcji chemicznych. Jednak w innych systemach może to oznaczać, że system osiągnął równowagę dynamiczną. Równowaga dynamiczna opisuje stan, w którym zachodzą reakcje naprzód i rezerwowe w taki sposób, że ilość netto reagentów pozostaje niezmieniona. W równowadze chemicznej konieczne jest również, aby materia nie przemieszczała się z jednego obszaru do drugiego, na przykład co dzieje się, gdy zachodzi dyfuzja.
Gdy obiekt jest w równowadze termicznej, temperatury muszą być takie same. Przykład letniego napoju jest przykładem układu osiągającego równowagę termiczną. Kiedy obiekt wejdzie w kontakt termiczny z innym przedmiotem, takim jak powietrze, ciepło przejdzie z wyższego stężenia do niższego stężenia - to znaczy z gorącego na zimne. Nawiasem mówiąc, oznacza to, że lód nie ochładza napoju, ale raczej go podgrzewa. Ciepło będzie nadal przemieszczać się z wysokiego stężenia na niskie, dopóki oba obiekty nie będą miały tej samej temperatury i osiągnięta zostanie równowaga termiczna.