Qué es el equilibrio térmico

De acuerdo con la termodinámica , todos los sistemas tienden hacia el equilibrio. De hecho, el equilibrio es, por definición, el último estado alcanzado por una de las afecciones del sistema libres, pero es una rareza universal. Un sistema termodinámico está en equilibrio termodinámico cuando se encuentra en equilibrio térmico, equilibrio mecánico , el equilibrio radiativo, y el equilibrio químico.

En este estado, no hay flujo de materia o energía, no hay cambios de fase y no hay potenciales desequilibrados (o fuerza de accionamiento ) en el sistema.

Sistemas de no equilibrio , por los flujos de materia o energía de fluidos, o los cambios de fase se producen, si estos cambios pueden ser desencadenados a ocurrir en un sistema en el que no están ya llevando a cabo, se dice que está en equilibrio metaestable.

que es el equilibrio térmico

En estado estacionario

Los termodinámica clásica se ocupa de estados de equilibrio dinámico . El estado de un sistema en equilibrio termodinámico es uno para el que se reduce al mínimo una potencial termodinámico, o para los que la entropía (S) se maximiza, para las condiciones especificadas. Una de las posibilidades antes mencionada es la energía libre de Helmholtz (A) – cantidad medida de que la parte interior de la energía de un sistema que se puede utilizar en la forma de trabajo – en un sistema controlado de temperatura y controlada volumen constante:

UA = – TS.

Otro potencial, energía libre de Gibbs (G) – grandeza que mide la energía total en un sistema termodinámico disposición de las autoridades de trabajo – se reduce al mínimo en el equilibrio termodinámico en un sistema con la temperatura y la presión constante controlada:

G = U – TS + PV

Donde:

A = energía libre de Helmholtz
S = entropía
G = energía libre de Gibbs
T = temperatura absoluta termodinámica,
P = presión del sistema
V = volumen del sistema
U = energía interna del sistema.

Equilibrio termodinámico es el único estado de equilibrio estable se aproxima o es finalmente alcanzado, con el sistema de interacción con su entorno durante un largo período de tiempo. Potencial mencionado anteriormente son matemáticamente calculó que las cantidades termodinámicas se reducen al mínimo en las condiciones particulares especificadas en los alrededores. Dicho sistema deberá estar en equilibrio químico, mecánico, radiactivos y calor simultáneamente.

Dirigir el equilibrio térmico significa que todas las partes de un sistema o todos los sistemas tienen la misma temperatura; no hay calor entre las partes o sistemas, incluso cuando están separados por diatérmicas fronteras (que permiten la existencia de calor).

En una forma diferente de equilibrio térmico tiene el equilibrio químico , este alcanza cuando todas las reacciones químicas en el sistema se completa o han llegado al punto de equilibrio dinámico correspondiente, por lo que el cambio no más estequiométrica puede ser medido macroscópicamente en el sistema.

El equilibrio físico del sistema, o más exactamente, el equilibrio mecánico del sistema se alcanza cuando todas las partes están sujetas a la misma presión, de modo que es probable que se observe en el sistema en un estado tal ningún cambio en la naturaleza cinemática .

Las energías potenciales vinculados a la fuerza campos se reducen al mínimo nivel global y local: todos los resortes no tensado, todos los cuerpos normalmente eléctricamente neutro, etc. También tiene en ese momento el equilibrio físico en relación con las fases de la materia (s) presente (s). Hay los potenciales químicos de cada componente en cada fase en que está presente, es igual, y no campo de flujo acoplado a los cambios de fase observados.

Un ejemplo para un sistema no equilibrada sería una mezcla de aislado de hidrógeno y oxígeno, aunque se puede encontrar en sus térmicos y físicos, no reside en su equilibrio termodinámico ya que no se encuentra en su equilibrio químico: una pequeña chispa origen externo puede dar lugar a una reacción química explosiva en todo el sistema. El vapor de agua a presión constante y la temperatura en un recipiente aislado se encuentra sin embargo en su equilibrio termodinámico.

Equilibrio local y global

En la termodinámica, los intercambios dentro de un sistema y los intercambios entre el sistema y el exterior son controladas por los parámetros intensivos. Como un ejemplo, el intercambio de calor de control de temperatura. equilibrio termodinámico global (GTE), significa que los parámetros críticos son homogéneas en todo el sistema, mientras que el equilibrio termodinámico local (LTE) significa que los parámetros críticos son diferentes en el espacio y el tiempo, pero han variado tan lentamente que para cualquier punto, puede Si asume equilibrio termodinámico en un cierto entorno de este punto.

Si la descripción del sistema requiere que las variaciones en los parámetros intensivos que son demasiado grandes, los supuestos en los que las definiciones de estos parámetros basados ​​intensivo se romperá, y el sistema está en equilibrio, ni global ni el lugar. Por ejemplo, se requiere un número de colisiones de partículas para alcanzar sus alrededores. Si la distancia media que sucedió durante estas colisiones elimina el barrio que el equilibrio que nunca va a equilibrar, y habrá LTE.

La temperatura es, por definición, proporcional a la energía interna promedio de un barrio equilibrada. Puesto que no hay zona de equilibrado, el concepto de temperatura oscila hacia abajo y la temperatura se convierte en indefinido.

Es importante señalar que este equilibrio local puede aplicar sólo un cierto subconjunto de partículas en el sistema. Por ejemplo, el LTE se aplica generalmente sólo para partículas de masa. En un gas radiante, y los fotones emitidos y absorbidos por el gas no necesita estar en equilibrio termodinámico entre sí o con las partículas más grandes, de gas, de modo que no LTE. En algunos casos, no se considera necesario electrones libres para estar en equilibrio con los átomos mucho más masivas o moléculas LTE de existir.

A modo de ejemplo, LTE existirá en un vaso de agua que contiene un cubo de hielo que se derrite. La temperatura en el interior del vaso se puede ajustar en cualquier momento, pero está más cerca más frío que el cubo de hielo fuera de ella. Si se observan las energías de las moléculas y cerca de un punto dado, que se distribuyen de acuerdo a la distribución de Maxwell-Boltzmann a una temperatura dada.

Equilibrio termodinámico local no requiere estacionaria local o global. En otras palabras, todas las ciudades pequeñas no necesitan tener una temperatura constante. Sin embargo, no se requiere que cada pequeño cambio es lo suficientemente lento como para sostener prácticamente su distribución de Maxwell-Boltzmann lugar de velocidades moleculares. Un estado de no equilibrio global puede ser de forma estable para mantener el equilibrio sólo si se lleva a cabo mediante el intercambio entre el sistema y el exterior.

Por ejemplo, un estado de equilibrio generalmente se puede mantener de forma estable dentro de la recepción finamente pulverizado por adición continua de hielo que con el fin de compensar para la fusión y continua de vaciar el agua de fusión. Fenómenos de transporte son procesos que conducen a un sistema local de equilibrio termodinámico global. Volviendo a nuestro ejemplo, la difusión de calor se llevará a nuestro vaso de agua en el equilibrio termodinámico en general, un estado en el que la temperatura del vidrio es completamente homogénea.

Condiciones de equilibrio

Para un sitema completamente aislado la entropía S es la máxima posible en el estado de equilibrio termodinámico, y Ds <0 para cualquier cambio interno de ese estado una vez mantuvo sistema aislado.

Para un sistema con masa fija a temperatura constante, la energía libre de Helmholtz F es el mínimo posible, y Af> 0 para cualquier transformación isotérmica del sistema a partir del estado de equilibrio termodinámico.

Para un sistema con masa fija a presión constante entalpía H es tan pequeño como sea posible, y DH> 0 para cualquier proceso isobárico sistema de arranque desde el estado de equilibrio termodinámico.

Para un sistema con masa fija a temperatura y presión constante la energía libre de Gibbs G es el mínimo posible, y? G> 0 para cualquier transformación tanto isotérmicos y de partida isobárica del estado de equilibrio termodinámico.

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