Statinė prieš dinaminę pusiausvyrą
Pusiausvyra yra sąvoka, naudojama įvairiose disciplinose, siekiant išreikšti pusiausvyrą tarp dviejų priešingų jėgų nagrinėjamoje sistemoje.
Šiuo atveju statinė pusiausvyra ir dinaminė pusiausvyra yra dvi fizinės sistemos būsenos, kai dvi ar daugiau savybių yra subalansuotos. Šie atvejai yra specialiai tiriami mechanikos ir fizikinės chemijos srityse.
Kas yra statinė pusiausvyra?
Paprastai statinė pusiausvyra apibrėžiama kaip būsena, kai tiek makroskopinės, tiek mikroskopinės sistemos savybės laikui bėgant nekinta.
Mechanikoje sistema, kuriai neveikia rezultatyvioji jėga, gali būti laikoma pusiausvyros būsena. Pakanka pasakyti, kad jei
• Visų išorinių jėgų vektorinė suma lygi nuliui; ∑ →FEXT=0
• Visų išorinių jėgų, veikiančių bet kurią tiesę, momentų suma lygi nuliui, ∑ →GEXT=0
tada sistema yra pusiausvyroje. Be to, jei sistemos greitis taip pat lygus nuliui (t. y. →V=0), tada sistema yra statinėje pusiausvyroje.
Pavyzdžiui, apsvarstykite objektą, gulintį ant stalo kambaryje. Išorines jėgas, veikiančias objektą, arba gravitacinę trauką (t. y. svorį), atsveria stalo reakcija į objektą. Be to, reakcija ir svoris yra toje pačioje eilutėje, todėl momentai nesukuriami. Be to, stalas yra ant žemės kambaryje ir nejuda. Todėl galime daryti išvadą, kad knyga yra statinėje pusiausvyroje.
Kas yra dinaminė pusiausvyra?
Dinaminė pusiausvyra gali būti bendrai apibrėžta kaip sistemos būsena, kai makroskopinės savybės išlieka nepakitusios, o mikroskopinės savybės keičiasi.
Mechanikoje tai gali būti konkrečiai apibrėžta kaip sistemos būsena, kai sistema yra pusiausvyroje, bet greitis nėra lygus nuliui (t. y. sistema juda pastoviu greičiu). Todėl
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Dar kartą apsvarstykite stalą ir objektą, bet vietoj kambario jis yra pastoviu greičiu judančio traukinio kabinoje.
Termodinamikos kontekste, jei sistemos temperatūra išlieka nepakitusi (t. y. sistemos energija nekinta), kol vyksta šilumos ir darbo perdavimas. Būtina sąlyga – darbo sąnaudų ir šilumos sąnaudų suma turi būti lygi darbo našumo ir šilumos išeigos sumai.
Cheminėje sistemoje dinaminė pusiausvyra susidaro, kai grįžtamoji reakcija į priekį ir atgal vyksta tuo pačiu greičiu. Reagentų ir produktų koncentracija išlieka nepakitusi, tačiau vis tiek dalis reagentų virsta produktais, o produktai – reagentais. Tačiau šie du priešingi procesai vyksta tuo pačiu greičiu.
Pavyzdžiui, apsvarstykite NO2 ir N2O4 sistemą. Kai NE2 dujos yra suslėgtos talpykloje, dėl slėgio padidėjimo sistema pasislenka į priekį ir N2O 4 gaminamas siekiant sumažinti molekulių skaičių ir galiausiai sumažinti slėgį. Tačiau tam tikru momentu reakcija į priekį sustoja ir atrodo, kad N2O4 gamyba sustoja. Sistemos koncentracijos (arba dalinis slėgis) nesikeičia. Tačiau molekuliniame lygmenyje NO2 paverčiamas N2O4 ir atvirkščiai.
Kuo skiriasi statinė ir dinaminė pusiausvyra?
• Esant statinei pusiausvyrai, tiek mikroskopinės, tiek makroskopinės savybės išlieka nepakitusios, o esant dinaminei pusiausvyrai, mikroskopinės savybės keičiasi, o makroskopinės savybės išlieka nepakitusios.
• Mechanikoje sistema, kurioje nėra nesubalansuotų išorinių jėgų ir išorinių momentų, gali būti laikoma pusiausvyra. Be to, jei sistema stovi, ji yra statinėje pusiausvyroje, o jei juda pastoviu greičiu, ji yra dinaminėje pusiausvyroje.
• Termodinaminėje sistemoje, jei temperatūra yra pastovi, o šilumos ir masės perdavimo įvestis ir išėjimas yra vienodi, sistema yra (dinaminėje / termodinaminėje) pusiausvyroje.
• Cheminėje sistemoje, jei pirmyn ir atgal vykstančios reakcijos greitis yra vienodas, sakoma, kad sistema yra dinaminėje pusiausvyroje.
