تعادل ایستا در مقابل پویا
تعادل مفهومی است که در رشته‌های مختلف برای بیان تعادل بین دو نیروی متضاد در یک سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در این مورد، تعادل ایستا و تعادل دینامیکی دو حالت از یک سیستم فیزیکی هستند که در آن دو یا چند ویژگی در تعادل هستند. این موارد به طور خاص در مکانیک و همچنین در شیمی فیزیک مورد بررسی قرار می گیرند.
تعادل استاتیک چیست؟
به عنوان یک مفهوم عمومی، تعادل ایستا به حالتی تعریف می شود که در آن هر دو ویژگی ماکروسکوپی و میکروسکوپی یک سیستم با گذشت زمان بدون تغییر باقی می مانند.
در مکانیک، سیستمی که نیروی نتیجه ای بر آن وارد نمی شود را می توان در حالت تعادل در نظر گرفت. کافی است بگوییم اگر
• مجموع برداری تمام نیروهای خارجی صفر است. ∑ →FEXT=0
• مجموع گشتاورهای همه نیروهای خارجی در مورد هر خط صفر است، ∑ →GEXT=0
پس سیستم در تعادل است. علاوه بر این، اگر سرعت سیستم نیز صفر باشد (یعنی → V=0)، آنگاه سیستم در تعادل ایستا است.
برای مثال، شیئی را در نظر بگیرید که روی میز داخل اتاق خوابیده است. نیروهای خارجی وارد بر جسم یا کشش گرانشی (به عنوان مثال وزن)، با واکنش روی جسم توسط میز مقابله می شود. همچنین، واکنش و وزن در یک خط هستند، بنابراین هیچ لحظه ای تولید نمی شود. همچنین، میز در یک اتاق روی زمین است و حرکت نمی کند. بنابراین، می‌توان نتیجه گرفت که کتاب در تعادل ایستا است.
تعادل دینامیکی چیست؟
تعادل دینامیکی را می توان به طور کلی به عنوان حالتی از یک سیستم تعریف کرد که در آن ویژگی های ماکروسکوپی بدون تغییر باقی می مانند در حالی که ویژگی های میکروسکوپی در حال تغییر هستند.
در مکانیک، می توان آن را به طور خاص به عنوان حالتی از یک سیستم تعریف کرد که در آن سیستم در تعادل است، اما سرعت آن صفر نیست (یعنی سیستم با سرعت ثابت حرکت می کند). بنابراین،
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
دوباره میز و جسم را در نظر بگیرید، اما به جای اتاق، در داخل کابین قطاری که با سرعت ثابت حرکت می کند قرار می گیرد.
در زمینه ترمودینامیک، اگر دمای یک سیستم بدون تغییر بماند (یعنی انرژی سیستم بدون تغییر باشد) در حالی که گرما و انتقال کار رخ می دهد. شرط لازم این است که مجموع ورودی کار و حرارت ورودی با مجموع خروجی کار و حرارت خروجی برابر باشد.
در یک سیستم شیمیایی، تعادل دینامیکی زمانی اتفاق می افتد که واکنش رو به جلو و واکنش رو به عقب با سرعت یکسان در یک واکنش برگشت پذیر رخ می دهد. غلظت واکنش دهنده ها و محصولات بدون تغییر باقی می ماند، اما هنوز هم برخی از واکنش دهنده ها به محصولات و محصولات به واکنش دهنده ها تبدیل می شوند. اما این دو فرآیند متضاد با سرعت یکسانی اتفاق می‌افتند.
برای مثال، سیستم NO2 و N2O4 را در نظر بگیرید. وقتی گاز NO2 در یک ظرف فشرده می شود، افزایش فشار باعث می شود که سیستم به سمت جلو حرکت کند و N2O 4 برای کاهش تعداد مولکول ها و در نهایت کاهش فشار تولید می شود. اما در یک نقطه خاص، به نظر می رسد واکنش رو به جلو متوقف می شود و به نظر می رسد تولید N2O4 متوقف می شود. غلظت (یا فشار جزئی) سیستم بدون تغییر باقی می ماند. اما در سطح مولکولی NO2 به N2O4 تبدیل می شود و بالعکس.
تفاوت بین تعادل استاتیک و دینامیک چیست؟
• در تعادل ایستا، هر دو ویژگی میکروسکوپی و ماکروسکوپی بدون تغییر باقی می مانند، در حالی که، در تعادل دینامیکی، خواص میکروسکوپی تغییر می کنند در حالی که خواص ماکروسکوپی بدون تغییر باقی می مانند.
• در مکانیک، سیستمی بدون نیروهای خارجی نامتعادل و گشتاورهای خارجی را می توان در حالت تعادل در نظر گرفت. علاوه بر این، اگر سیستم ساکن باشد، در تعادل ایستا است و اگر با سرعت ثابت حرکت کند، در تعادل دینامیکی است.
• در یک سیستم ترمودینامیکی، اگر دما ثابت باشد و ورودی و خروجی انتقال گرما و جرم با نرخ برابر باشند، سیستم در تعادل (دینامیک/ترمودینامیکی) است.
• در یک سیستم شیمیایی، اگر سرعت واکنش رو به جلو و واکنش رو به عقب یکسان باشد، سیستم در تعادل دینامیکی است.
