Statična vs dinamička ravnoteža
Ravnoteža je koncept koji se koristi u raznim disciplinama, za izražavanje ravnoteže između dviju suprotstavljenih sila u razmatranom sustavu.
U ovom slučaju, statička ravnoteža i dinamička ravnoteža su dva stanja fizičkog sustava u kojima su dva ili više svojstava u ravnoteži. Ovi se slučajevi posebno istražuju u mehanici, a također i u fizikalnoj kemiji.
Što je statička ravnoteža?
U generičkom smislu, statička ravnoteža definirana je kao stanje u kojem i makroskopska i mikroskopska svojstva sustava ostaju nepromijenjena s vremenom.
U mehanici, sustav na koji ne djeluje rezultantna sila može se smatrati u stanju ravnoteže. Dovoljno je reći da ako, • Vektorski zbroj svih vanjskih sila je nula; ∑ →FEXT=0
• Zbroj momenata svih vanjskih sila oko bilo koje linije je nula, ∑ →GEXT=0
onda je sustav u ravnoteži. Dodatno, ako je brzina sustava također nula (tj. →V=0), tada je sustav u statičkoj ravnoteži.
Na primjer, razmotrite predmet koji leži na stolu u sobi. Vanjske sile na objekt, ili gravitacijska sila (tj. težina), suprotstavljena je reakcijom na objekt na stolu. Također, reakcija i težina su na istoj liniji, tako da se ne proizvode momenti. Također, stol je na zemlji u sobi i ne miče se. Stoga možemo zaključiti da je knjiga u statičkoj ravnoteži.
Što je dinamička ravnoteža?
Dinamička ravnoteža može se općenito definirati kao stanje sustava u kojem makroskopska svojstva ostaju nepromijenjena dok se mikroskopska svojstva mijenjaju.
U mehanici se može posebno definirati kao stanje sustava u kojem je sustav u ravnoteži, ali brzina nije nula (tj. sustav se kreće konstantnom brzinom). Stoga, • ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Opet razmotrite stol i predmet, ali umjesto u prostoriju, on se nalazi unutar kabine vlaka koji se kreće konstantnom brzinom.
U kontekstu termodinamike, ako temperatura sustava ostaje nepromijenjena (tj. energija sustava je nepromijenjena) dok se odvijaju prijenos topline i rada. Nužan uvjet je da zbroj uloženog rada i uložene topline mora biti jednak zbroju uloženog rada i uložene topline.
U kemijskom sustavu, dinamička ravnoteža se događa kada se reakcija naprijed i reakcija unatrag odvijaju istom brzinom u reverzibilnoj reakciji. Koncentracija reaktanata i produkata ostaje nepromijenjena, ali ipak se neki od reaktanata pretvaraju u produkte, a proizvodi se pretvaraju u reaktante. Ali ova dva suprotna procesa odvijaju se istom brzinom.
Na primjer, razmotrite NO2 i N2O4 sustav. Kada se plin NO2 komprimira u spremniku, povećanje tlaka uzrokuje pomicanje sustava prema naprijed, a N2O 4 se proizvodi kako bi se smanjio broj molekula i na kraju smanjio tlak. Ali u određenoj točki, čini se da reakcija naprijed prestaje i proizvodnja N2O4 prestaje. Koncentracije (ili parcijalni tlak) sustava ostaju nepromijenjene. Ali na molekularnoj razini 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, sustav bez neuravnoteženih vanjskih sila i vanjskih momenata može se smatrati u ravnoteži. Dodatno, ako sustav miruje, on je u statičkoj ravnoteži, a ako se kreće konstantnom brzinom, on je u dinamičkoj ravnoteži.
• U termodinamičkom sustavu, ako je temperatura konstantna, a ulaz i izlaz topline i mase su jednake, sustav je u (dinamičkoj/termodinamičkoj) ravnoteži.
• U kemijskom sustavu, ako su brzina prednje i povratne reakcije iste, kaže se da je sustav u dinamičkoj ravnoteži.
