Equilibrio statico vs dinamico
L'equilibrio è un concetto utilizzato in una varietà di discipline, per esprimere un equilibrio tra due forze opposte in un sistema considerato.
In questo caso, l'equilibrio statico e l'equilibrio dinamico sono due stati di un sistema fisico in cui due o più proprietà sono in equilibrio. Questi casi sono studiati in modo specifico in meccanica e anche in chimica fisica.
Cos'è l'equilibrio statico?
In senso generico, l'equilibrio statico è definito come uno stato in cui sia le proprietà macroscopiche che microscopiche di un sistema rimangono invariate nel tempo.
In meccanica, un sistema senza forza risultante che agisce su di esso può essere considerato in uno stato di equilibrio. Basta dire che se, • La somma vettoriale di tutte le forze esterne è zero; ∑ →FAEST=0
• La somma dei momenti di tutte le forze esterne attorno a qualsiasi linea è zero, ∑ →GEXT=0
allora il sistema è in equilibrio. Inoltre, se anche la velocità del sistema è zero (cioè →V=0), allora il sistema è in equilibrio statico.
Ad esempio, considera un oggetto che giace su un tavolo all'interno di una stanza. Le forze esterne sull'oggetto, o l'attrazione gravitazionale (cioè il peso), sono contrastate dalla reazione sull'oggetto da parte del tavolo. Inoltre, la reazione e il peso sono sulla stessa linea, quindi non vengono prodotti momenti. Inoltre, il tavolo è a terra in una stanza e non si muove. Pertanto, possiamo dedurre che il libro è in equilibrio statico.
Cos'è l'equilibrio dinamico?
L'equilibrio dinamico può essere genericamente definito come uno stato di un sistema in cui le proprietà macroscopiche rimangono invariate mentre cambiano le proprietà microscopiche.
In meccanica, può essere definito specificamente come uno stato di un sistema in cui il sistema è in equilibrio, ma la velocità non è zero (cioè il sistema si muove a velocità costante). Pertanto, • ∑→FAEST=0
• ∑→GEST=0
• →V ≠ 0
Ancora in considerazione il tavolo e l'oggetto, ma invece di una stanza, è collocato all'interno della cabina di un treno che si muove a velocità costante.
Nel contesto della termodinamica, se la temperatura di un sistema rimane invariata (cioè l'energia del sistema è invariata) mentre si verificano il trasferimento di calore e di lavoro. La condizione necessaria è che la somma della potenza di lavoro e della portata termica sia uguale alla somma della potenza di lavoro e della potenza termica.
In un sistema chimico, l'equilibrio dinamico si verifica quando la reazione in avanti e la reazione all'indietro si verificano alla stessa velocità in una reazione reversibile. La concentrazione dei reagenti e dei prodotti rimane invariata, ma ancora alcuni dei reagenti vengono convertiti in prodotti e i prodotti vengono convertiti in reagenti. Ma questi due processi opposti si verificano alla stessa velocità.
Ad esempio, considera il sistema NO2 e N2O4. Quando il gas NO2 viene compresso in un contenitore, l'incremento della pressione fa sì che il sistema venga spostato in avanti e N2O 4 viene prodotto per ridurre il numero di molecole ed eventualmente ridurre la pressione. Ma a un certo punto, la reazione in avanti sembra fermarsi e la produzione di N2O4 sembra fermarsi. Le concentrazioni (o pressione parziale) del sistema rimangono invariate. Ma a livello molecolare il NO2 viene convertito in N2O4 e viceversa.
Qual è la differenza tra l'equilibrio statico e quello dinamico?
• In equilibrio statico, le proprietà microscopiche e macroscopiche rimangono invariate mentre, in equilibrio dinamico, le proprietà microscopiche cambiano mentre le proprietà macroscopiche rimangono invariate.
• In meccanica, un sistema senza forze esterne sbilanciate e momenti esterni può essere considerato in equilibrio. Inoltre, se il sistema è fermo, è in equilibrio statico e, se si muove a velocità costante, è in equilibrio dinamico.
• In un sistema termodinamico, se la temperatura è costante e il calore e il trasferimento di massa in ingresso e in uscita sono a velocità uguali, il sistema è in equilibrio (dinamico/termodinamico).
• In un sistema chimico, se la velocità della reazione in avanti e della reazione all'indietro sono le stesse, si dice che il sistema è in equilibrio dinamico.
