Statisk vs dynamisk likevekt
Equilibrium er et konsept som brukes i en rekke disipliner, for å uttrykke en balanse mellom to motstridende krefter i et vurdert system.
I dette tilfellet er statisk likevekt og dynamisk likevekt to tilstander i et fysisk system der to eller flere egenskaper er i balanse. Disse tilfellene er spesifikt undersøkt i mekanikk, og også i fysisk kjemi.
Hva er statisk likevekt?
Som en generisk betydning er statisk likevekt definert som en tilstand der både de makroskopiske og mikroskopiske egenskapene til et system forblir uendret over tid.
I mekanikk kan et system uten resulterende kraft som virker på det betraktes i en likevektstilstand. Det er tilstrekkelig å si at hvis, • Vektorsummen av alle ytre krefter er null; ∑ →FEXT=0
• Summen av momentene til alle ytre krefter rundt en linje er null, ∑ →GEXT=0
da er systemet i likevekt. I tillegg, hvis hastigheten til systemet også er null (dvs. →V=0), er systemet i statisk likevekt.
Vurder for eksempel en gjenstand som ligger på et bord inne i et rom. De ytre kreftene på objektet, eller gravitasjonskraften (dvs. vekt), motvirkes av reaksjonen på objektet av bordet. Dessuten er reaksjonen og vekten på samme linje, så ingen øyeblikk produseres. Dessuten står bordet på bakken i et rom, og beveger seg ikke. Derfor kan vi utlede at boken er i statisk likevekt.
Hva er dynamisk likevekt?
Den dynamiske likevekten kan defineres generisk som en tilstand i et system der de makroskopiske egenskapene forblir uendret mens de mikroskopiske egenskapene endres.
I mekanikk kan det spesifikt defineres som en tilstand av et system der systemet er i likevekt, men hastigheten ikke er null (dvs. systemet beveger seg med konstant hastighet). Derfor
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Tenk igjen bordet og objektet, men i stedet for et rom, er det plassert inne i en hytte på et tog som beveger seg med konstant hastighet.
I termodynamikksammenheng, hvis temperaturen i et system forblir uendret (dvs. energien til systemet er uendret) mens varmen og arbeidsoverføringen skjer. Den nødvendige betingelsen er at summen av arbeidsinnsatsen og varmetilførselen skal være lik summen av arbeidseffekten og varmeeffekten.
I et kjemisk system oppstår dynamisk likevekt når foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen skjer med samme hastighet i en reversibel reaksjon. Konsentrasjonen av reaktantene og produktene forblir uendret, men fortsatt omdannes noen av reaktantene til produkter og produktene omdannes til reaktanter. Men disse to motsatte prosessene skjer i samme takt.
Vurder for eksempel NO2 og N2O4-systemet. Når NO2 gass komprimeres i en beholder, fører økningen i trykket til at systemet blir forspent fremover, og N2O 4 produseres for å redusere antall molekyler og til slutt redusere trykket. Men på et visst tidspunkt ser det ut til at reaksjonen fremover stopper og N2O4 produksjonen ser ut til å stoppe. Konsentrasjonene (eller parti altrykket) i systemet forblir uendret. Men på molekylært nivå blir NO2 konvertert til N2O4 og omvendt.
Hva er forskjellen mellom statisk og dynamisk likevekt?
• I statisk likevekt forblir både mikroskopiske og makroskopiske egenskaper uendret, mens i dynamisk likevekt endres de mikroskopiske egenskapene mens de makroskopiske egenskapene forblir uendret.
• I mekanikk kan et system uten ubalanserte ytre krefter og ytre momenter anses å være i likevekt. I tillegg, hvis systemet er stasjonært, er det i statisk likevekt, og hvis det beveger seg med konstant hastighet, er det i dynamisk likevekt.
• I et termodynamisk system, hvis temperaturen er konstant og varme- og masseoverføringsinngangen og -utgangen er like hastigheter, er systemet i (dynamisk/termodynamisk) likevekt.
• I et kjemisk system, hvis hastigheten på foroverreaksjonen og bakoverreaksjonen er den samme, sies systemet å være i dynamisk likevekt.
