Static vs Dynamic Equilibrium
Jämvikt är ett begrepp som används inom en mängd olika discipliner, för att uttrycka en balans mellan två motsatta krafter i ett övervägt system.
I det här fallet är statisk jämvikt och dynamisk jämvikt två tillstånd i ett fysiskt system där två eller flera egenskaper är i balans. Dessa fall undersöks specifikt inom mekanik och även inom fysikalisk kemi.
Vad är statisk jämvikt?
Som en allmän betydelse definieras statisk jämvikt som ett tillstånd där både de makroskopiska och mikroskopiska egenskaperna hos ett system förblir oförändrade med tiden.
Inom mekanik kan ett system utan resulterande kraft som verkar på det betraktas i ett jämviktstillstånd. Det räcker att säga att om, • Vektorsumman av alla yttre krafter är noll; ∑ →FEXT=0
• Summan av momenten för alla yttre krafter runt en linje är noll, ∑ →GEXT=0
då är systemet i jämvikt. Dessutom, om systemets hastighet också är noll (dvs. →V=0), är systemet i statisk jämvikt.
Tänk till exempel på ett föremål som ligger på ett bord i ett rum. De yttre krafterna på föremålet, eller gravitationskraften (d.v.s. Vikt), motverkas av reaktionen på föremålet av bordet. Dessutom är reaktionen och vikten på samma linje, så inga ögonblick produceras. Dessutom står bordet på marken i ett rum och rör sig inte. Därför kan vi dra slutsatsen att boken är i statisk jämvikt.
Vad är Dynamic Equilibrium?
Den dynamiska jämvikten kan generellt definieras som ett tillstånd i ett system där de makroskopiska egenskaperna förblir oförändrade medan de mikroskopiska egenskaperna förändras.
I mekanik kan det specifikt definieras som ett tillstånd i ett system där systemet är i jämvikt, men hastigheten inte är noll (dvs. systemet rör sig med en konstant hastighet). Därför
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Tänk återigen på bordet och föremålet, men istället för ett rum placeras det i en kabin på ett tåg som rör sig med konstant hastighet.
I termodynamikens sammanhang, om temperaturen i ett system förblir oförändrad (d.v.s. systemets energi är oförändrad) medan värmen och arbetsöverföringen sker. Det nödvändiga villkoret är att summan av arbetsinsatsen och värmetillförseln ska vara lika med summan av arbetseffekten och värmeeffekten.
I ett kemiskt system uppstår dynamisk jämvikt när framåtreaktionen och bakåtreaktionen sker med samma hastighet i en reversibel reaktion. Koncentrationen av reaktanterna och produkterna förblir oförändrade, men fortfarande omvandlas en del av reaktanterna till produkter och produkterna omvandlas till reaktanter. Men dessa två motsatta processer sker i samma takt.
Tänk till exempel på NO2 och N2O4-systemet. När NO2 gas komprimeras i en behållare, gör ökningen av trycket att systemet förspänns framåt, och N2O 4 produceras för att minska antalet molekyler och så småningom minska trycket. Men vid en viss tidpunkt tycks den framåtriktade reaktionen upphöra och N2O4 produktionen verkar stanna. Koncentrationerna (eller parti altrycket) i systemet förblir oförändrade. Men på molekylär nivå omvandlas NO2 till N2O4 och vice versa.
Vad är skillnaden mellan statisk och dynamisk jämvikt?
• I statisk jämvikt förblir både mikroskopiska och makroskopiska egenskaper oförändrade medan, i dynamisk jämvikt, de mikroskopiska egenskaperna ändras medan de makroskopiska egenskaperna förblir oförändrade.
• Inom mekanik kan ett system utan obalanserade yttre krafter och yttre moment anses vara i jämvikt. Dessutom, om systemet är stationärt är det i statisk jämvikt, och om det rör sig med konstant hastighet är det i dynamisk jämvikt.
• I ett termodynamiskt system, om temperaturen är konstant och in- och utmatningen av värme och massöverföring är i samma takt, är systemet i (dynamisk/termodynamisk) jämvikt.
• I ett kemiskt system, om hastigheten för framåtreaktionen och bakåtreaktionen är samma, sägs systemet vara i dynamisk jämvikt.
