Statička vs dinamička ravnoteža
Ekvilibrijum je koncept koji se koristi u raznim disciplinama, da izrazi ravnotežu između dve suprotstavljene sile u razmatranom sistemu.
U ovom slučaju, statička ravnoteža i dinamička ravnoteža su dva stanja fizičkog sistema u kojima su dva ili više svojstava u ravnoteži. Ovi slučajevi se posebno istražuju u mehanici, ali iu fizičkoj hemiji.
Šta je statička ravnoteža?
U opštem smislu, statička ravnoteža je definisana kao stanje u kojem i makroskopska i mikroskopska svojstva sistema ostaju nepromenjena tokom vremena.
U mehanici, sistem na koji nema rezultujuće sile može se smatrati u ravnotežnom stanju. Dovoljno je reći da ako, • Vektorski zbir svih vanjskih sila je nula; ∑ →FEXT=0
• Zbir momenata svih vanjskih sila oko bilo koje prave je nula, ∑ →GEXT=0
tada je sistem u ravnoteži. Dodatno, ako je i brzina sistema nula (tj. →V=0), tada je sistem u statičkoj ravnoteži.
Na primjer, razmotrite predmet koji leži na stolu unutar sobe. Vanjskim silama na objekt, ili gravitacijskom privlačenju (tj. težini), suprotstavlja se reakcija na objektu stola. Takođe, reakcija i težina su na istoj liniji, tako da se ne proizvode momenti. Takođe, sto je na tlu u prostoriji i ne kreće se. Dakle, možemo zaključiti da je knjiga u statičkoj ravnoteži.
Šta je dinamička ravnoteža?
Dinamička ravnoteža može se generalno definirati kao stanje sistema u kojem makroskopska svojstva ostaju nepromijenjena dok se mikroskopska svojstva mijenjaju.
U mehanici se može posebno definisati kao stanje sistema u kojem je sistem u ravnoteži, ali brzina nije nula (tj. sistem se kreće konstantnom brzinom). Stoga, • ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Ponovo razmotrite sto i predmet, ali umjesto sobe, on je smješten unutar kabine voza koji se kreće konstantnom brzinom.
U kontekstu termodinamike, ako temperatura sistema ostane nepromijenjena (tj. energija sistema je nepromijenjena) dok se toplina i prijenos rada odvijaju. Neophodan uslov je da zbir uloženog rada i uložene toplote mora biti jednak zbiru radnog učinka i toplotne snage.
U hemijskom sistemu, dinamička ravnoteža se javlja kada se reakcija unapred i reakcija unatrag odvijaju istom brzinom u reverzibilnoj reakciji. Koncentracija reaktanata i proizvoda ostaje nepromijenjena, ali se ipak neki od reaktanata pretvaraju u produkte, a proizvodi se pretvaraju u reaktante. Ali ova dva suprotna procesa se odvijaju istom brzinom.
Na primjer, razmotrite sistem NO2 i N2O4. Kada se NO2 gas komprimuje u kontejneru, povećanje pritiska dovodi do toga da sistem bude pristrasan, a N2O 4 se proizvodi kako bi se smanjio broj molekula i na kraju smanjio pritisak. Ali u određenom trenutku, čini se da reakcija prestaje i proizvodnja N2O4 prestaje. Koncentracije (ili parcijalni pritisak) sistema ostaju nepromenjene. Ali na molekularnom nivou NO2 se pretvara u N2O4 i obrnuto.
Koja je razlika između statičke i dinamičke ravnoteže?
• U statičkoj ravnoteži i mikroskopska i makroskopska svojstva ostaju nepromijenjena, dok se u dinamičkoj ravnoteži mikroskopska svojstva mijenjaju dok makroskopska svojstva ostaju nepromijenjena.
• U mehanici se može smatrati da je sistem bez neuravnoteženih vanjskih sila i vanjskih momenata u ravnoteži. Dodatno, ako je sistem stacionaran, on je u statičkoj ravnoteži, a ako se kreće konstantnom brzinom, on je u dinamičkoj ravnoteži.
• U termodinamičkom sistemu, ako je temperatura konstantna, a ulaz i izlaz toplote i mase su jednaki, sistem je u (dinamičkoj/termodinamičkoj) ravnoteži.
• U hemijskom sistemu, ako su brzina reakcije naprijed i nazad iste, sistem se kaže da je u dinamičkoj ravnoteži.
