Vad är termodynamisk jämvikt?

Termodynamisk jämvikt beskriver ett system vars egenskaper inte kommer att förändras utan någon slags yttre störningar. Med andra ord kommer ett system i termodynamisk jämvikt inte att förändras om inte något läggs till eller subtraheras från det. Ett exempel på detta är en lunken dryck. Drycken kan ha börjat kallt, men luften från luften kommer att flytta in i den kalla drycken och göra den varmare tills den är samma temperatur som luften - och därmed når termodynamisk jämvikt. Eftersom värme förflyttar sig från luften till drycken, kommer luften omedelbart runt kupén också att bli svalare.

Processen ett system använder för att nå termodynamisk jämvikt beskrivs i två fysiklagar: termodynamikens första lag och termodynamikens andra lag. Den första lagen säger att energi inte kan skapas eller förstöras, den kan bara överföras. Den andra lagen säger att i ett isolerat system kommer entropin att öka tills jämvikt uppnås. Detta är kärnan i termodynamisk jämvikt. För att ett objekt ska nå termodynamisk jämvikt måste tre villkor vara uppfyllda: kemisk jämvikt, mekanisk jämvikt och termisk jämvikt.

Mekanisk jämvikt beskriver vad som händer när det inte finns några obalanserade krafter i ett system eller med ett system och dess omgivningar. Detta innebär att krafterna måste vara lika i ett system och i ett system och dess omgivningar. En sådan kraft är tryck. Om trycket är detsamma i systemet och med systemet och dess omgivningar uppnås mekanisk jämvikt. Om det inte finns någon mekanisk jämvikt kommer systemet att sträva efter att nå jämvikt.

För att ett system ska vara i kemisk jämvikt bör inga kemiska nettokareaktioner pågå. I vissa system kan detta innebära att kemiska reaktioner har upphört. I andra system kan detta dock innebära att ett system har nått dynamisk jämvikt. Dynamisk jämvikt beskriver ett tillstånd där framåt- och reservreaktioner sker på ett sådant sätt att nettomängden av reaktanterna förblir oförändrad. Vid kemisk jämvikt är det också nödvändigt att material inte flyttas från ett område till ett annat, till exempel vad som händer när diffusion äger rum.

När ett objekt har termisk jämvikt måste temperaturen vara densamma. Exemplet med den ljumma drycken är ett exempel på ett system som når termisk jämvikt. När ett föremål kommer i termisk kontakt med ett annat föremål, till exempel luft, kommer värme att flytta från högre koncentration till lägre koncentration - det vill säga från varmt till kallt. För övrigt betyder detta att isen inte kyler ner en drink utan att drycken värmer upp isen. Värmen kommer att fortsätta att röra sig från hög koncentration till låg tills båda föremålen har samma temperatur och termisk jämvikt har uppnåtts.