Sự khác biệt giữa trạng thái cân bằng tĩnh và động

Cân bằng tĩnh và động
 

Cân bằng là một khái niệm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, để thể hiện sự cân bằng giữa hai lực đối lập trong một hệ thống được xem xét.

Trong trường hợp này, trạng thái cân bằng tĩnh và trạng thái cân bằng động là hai trạng thái của một hệ vật lý trong đó hai hoặc nhiều tính chất cân bằng. Những trường hợp này được nghiên cứu cụ thể trong cơ học, và cả trong hóa học vật lý.

Cân bằng tĩnh là gì?

Theo nghĩa chung, trạng thái cân bằng tĩnh được định nghĩa là trạng thái trong đó cả hai tính chất vĩ mô và vi mô của một hệ thống không thay đổi theo thời gian.

Trong cơ học, một hệ thống không có lực tổng hợp tác dụng lên nó có thể được xem xét ở trạng thái cân bằng. Nó là đủ để nói rằng nếu,

• Tổng vectơ của tất cả các ngoại lực bằng không; ∑ → F_EXT = 0

• Tổng các khoảnh khắc của tất cả các lực bên ngoài về bất kỳ đường thẳng nào bằng 0, ∑ → G_EXT = 0

sau đó hệ thống ở trạng thái cân bằng. Ngoài ra, nếu vận tốc của hệ thống cũng bằng không (tức là. → V = 0), sau đó hệ thống ở trạng thái cân bằng tĩnh.

Ví dụ, hãy xem xét một vật nằm trên bàn trong phòng. Các lực bên ngoài lên vật thể, hoặc lực hấp dẫn (tức là Trọng lượng), bị phản tác dụng bởi phản ứng trên vật thể bằng bàn. Ngoài ra, phản ứng và trọng lượng là trên cùng một dòng, vì vậy không có khoảnh khắc nào được tạo ra. Ngoài ra, cái bàn nằm trên mặt đất trong một căn phòng, và không di chuyển. Do đó, chúng ta có thể suy luận rằng cuốn sách ở trạng thái cân bằng tĩnh.

Cân bằng động là gì?

Trạng thái cân bằng động có thể được định nghĩa chung là trạng thái của một hệ thống trong đó các tính chất vĩ mô không thay đổi trong khi các tính chất vi mô đang thay đổi.

Trong cơ học, nó có thể được định nghĩa cụ thể là trạng thái của một hệ thống trong đó hệ thống ở trạng thái cân bằng, nhưng vận tốc không bằng không (tức là hệ thống đang chuyển động với vận tốc không đổi). vì thế,

• ∑ → F_EXT = = 0

• ∑ → G_EXT = 0

• → V 0

Một lần nữa xem xét cái bàn và đồ vật, nhưng thay vì một căn phòng, nó được đặt bên trong cabin của một đoàn tàu đang di chuyển với vận tốc không đổi.

Trong bối cảnh nhiệt động lực học, nếu nhiệt độ của một hệ thống không thay đổi (nghĩa là năng lượng của hệ thống không thay đổi) trong khi nhiệt và chuyển giao công việc đang diễn ra. Điều kiện cần là tổng của đầu vào công việc và đầu vào nhiệt phải bằng tổng đầu ra của công việc và đầu ra nhiệt.

Trong một hệ thống hóa học, trạng thái cân bằng động xảy ra khi phản ứng thuận và phản ứng ngược xảy ra với cùng tốc độ trong phản ứng thuận nghịch. Nồng độ của các chất phản ứng và các sản phẩm vẫn không thay đổi, nhưng vẫn còn một số chất phản ứng được chuyển đổi thành các sản phẩm và các sản phẩm được chuyển đổi thành chất phản ứng. Nhưng hai quá trình đối nghịch này đang xảy ra với cùng một tỷ lệ.

Ví dụ, hãy xem xét KHÔNG₂ và N₂Ôi₄ hệ thống. Khi không₂ khí được nén trong một bình chứa, sự gia tăng áp suất làm cho hệ thống bị lệch về phía trước và N₂Ôi₄ được sản xuất để giảm số lượng phân tử và cuối cùng giảm áp lực. Nhưng tại một thời điểm nhất định, phản ứng về phía trước dường như dừng lại và N₂Ôi₄ sản xuất dường như dừng lại. Nồng độ (hoặc áp suất riêng phần) của hệ thống không thay đổi. Nhưng ở cấp độ phân tử, NO₂ được chuyển đổi thành N₂Ôi₄ và ngược lại.

Sự khác biệt giữa cân bằng tĩnh và động?

• Ở trạng thái cân bằng tĩnh, cả hai tính chất vi mô và vĩ mô vẫn không thay đổi trong khi ở trạng thái cân bằng động, các tính chất vi mô thay đổi trong khi tính chất vĩ mô không thay đổi.

• Trong cơ học, một hệ thống không có ngoại lực không cân bằng và các khoảnh khắc bên ngoài có thể được coi là ở trạng thái cân bằng. Ngoài ra, nếu hệ thống đứng yên, nó ở trạng thái cân bằng tĩnh và nếu di chuyển với vận tốc không đổi thì nó ở trạng thái cân bằng động.

• Trong một hệ thống nhiệt động lực học, nếu nhiệt độ không đổi và đầu vào và đầu ra truyền nhiệt và khối lượng ở mức bằng nhau, thì hệ thống ở trạng thái cân bằng (động / nhiệt động).

• Trong một hệ thống hóa học, nếu tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng ngược là như nhau, thì hệ thống đó được cho là ở trạng thái cân bằng động.