Statiskais pret dinamisko līdzsvaru
Līdzsvars ir jēdziens, ko izmanto dažādās disciplīnās, lai izteiktu līdzsvaru starp diviem pretējiem spēkiem aplūkotā sistēmā.
Šajā gadījumā statiskais līdzsvars un dinamiskais līdzsvars ir divi fiziskas sistēmas stāvokļi, kuros divas vai vairākas īpašības ir līdzsvarā. Šie gadījumi ir īpaši pētīti mehānikā un arī fizikālajā ķīmijā.
Kas ir statiskais līdzsvars?
Vispārīgi statiskais līdzsvars ir definēts kā stāvoklis, kurā gan sistēmas makroskopiskās, gan mikroskopiskās īpašības laika gaitā nemainās.
Mehānikā sistēmu, kurai uz to neiedarbojas rezultējošais spēks, var uzskatīt par līdzsvara stāvokli. Pietiek pateikt, ja
• Visu ārējo spēku vektora summa ir nulle; ∑ →FEXT=0
• Visu ārējo spēku momentu summa uz jebkuru taisni ir nulle, ∑ →GEXT=0
tad sistēma ir līdzsvarā. Turklāt, ja arī sistēmas ātrums ir nulle (t.i., →V=0), tad sistēma atrodas statiskā līdzsvarā.
Piemēram, apsveriet objektu, kas guļ uz galda telpā. Ārējos spēkus uz objektu jeb gravitācijas vilkmi (t.i., svaru) kompensē reakcija uz objektu pie galda. Arī reakcija un svars atrodas vienā līnijā, tāpēc momenti netiek radīti. Arī galds istabā atrodas uz zemes un nekustas. Tāpēc mēs varam secināt, ka grāmata ir statiskā līdzsvarā.
Kas ir dinamiskais līdzsvars?
Dinamisko līdzsvaru var vispārīgi definēt kā sistēmas stāvokli, kurā makroskopiskās īpašības paliek nemainīgas, kamēr mainās mikroskopiskās īpašības.
Mehānikā to var īpaši definēt kā sistēmas stāvokli, kurā sistēma ir līdzsvarā, bet ātrums nav nulle (t.i., sistēma pārvietojas ar nemainīgu ātrumu). Tāpēc
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Atkal apsveriet galdu un priekšmetu, bet telpas vietā tas ir novietots vilciena kabīnē, kas pārvietojas ar nemainīgu ātrumu.
Terodinamikas kontekstā, ja sistēmas temperatūra paliek nemainīga (t.i., sistēmas enerģija nemainās), kamēr notiek siltuma un darba pārnešana. Nepieciešamais nosacījums ir tāds, ka darba ieguldījuma un siltuma padeves summai jābūt vienādai ar darba atdeves un siltuma atdeves summu.
Ķīmiskajā sistēmā dinamisks līdzsvars iestājas, kad reakcija uz priekšu un atgriezeniskā reakcija notiek ar vienādu ātrumu atgriezeniskā reakcijā. Reaģentu un produktu koncentrācija paliek nemainīga, tomēr daļa reaģentu pārvēršas produktos un produkti pārvēršas reaģentos. Taču šie divi pretējie procesi notiek ar tādu pašu ātrumu.
Piemēram, apsveriet NO2 un N2O4 sistēmu. Kad NAV2 gāze tiek saspiesta tvertnē, spiediena pieaugums izraisa sistēmas novirzi uz priekšu, un N2O 4 tiek ražots, lai samazinātu molekulu skaitu un galu galā samazinātu spiedienu. Bet noteiktā brīdī šķiet, ka reakcija uz priekšu apstājas, un šķiet, ka N2O4 ražošana apstājas. Sistēmas koncentrācijas (vai daļējais spiediens) paliek nemainīgas. Bet molekulārā līmenī NO2 tiek pārvērsts par N2O4 un otrādi.
Kāda ir atšķirība starp statisko un dinamisko līdzsvaru?
• Statiskā līdzsvarā gan mikroskopiskās, gan makroskopiskās īpašības paliek nemainīgas, savukārt dinamiskā līdzsvarā mikroskopiskās īpašības mainās, bet makroskopiskās īpašības paliek nemainīgas.
• Mehānikā sistēmu bez nelīdzsvarotiem ārējiem spēkiem un ārējiem momentiem var uzskatīt par līdzsvarotu. Turklāt, ja sistēma ir nekustīga, tā atrodas statiskā līdzsvarā, un, ja tā pārvietojas ar nemainīgu ātrumu, tā ir dinamiskā līdzsvarā.
• Termodinamiskā sistēmā, ja temperatūra ir nemainīga un siltuma un masas pārneses ievades un izvades ātrums ir vienāds, sistēma atrodas (dinamiskā/ termodinamiskā) līdzsvarā.
• Ķīmiskajā sistēmā, ja reakcijas uz priekšu un atpakaļgaitas reakcijas ātrums ir vienāds, tiek uzskatīts, ka sistēma atrodas dinamiskā līdzsvarā.
