สถิตเทียบกับสมดุลไดนามิก
สมดุลเป็นแนวคิดที่ใช้ในสาขาวิชาต่างๆ เพื่อแสดงความสมดุลระหว่างสองกองกำลังที่เป็นปฏิปักษ์ในระบบที่พิจารณา
ในกรณีนี้ สมดุลสถิตและสมดุลไดนามิกเป็นสองสถานะของระบบทางกายภาพที่มีสมบัติตั้งแต่สองอย่างขึ้นไปอยู่ในสมดุล กรณีเหล่านี้ได้รับการตรวจสอบโดยเฉพาะในด้านกลศาสตร์และเคมีกายภาพ
สมดุลสถิตคืออะไร
ตามความหมายทั่วไป สมดุลคงที่ถูกกำหนดให้เป็นสถานะที่ทั้งคุณสมบัติระดับมหภาคและระดับจุลภาคของระบบยังคงไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา
ในกลศาสตร์ ระบบที่ไม่มีแรงลัพธ์กระทำต่อระบบนั้นสามารถพิจารณาให้อยู่ในสภาวะสมดุลได้ ก็เพียงพอแล้วที่จะบอกว่าถ้า
• ผลรวมเวกเตอร์ของแรงภายนอกทั้งหมดเป็นศูนย์ ∑ →FEXT=0
• ผลรวมของโมเมนต์ของแรงภายนอกทั้งหมดเกี่ยวกับเส้นใด ๆ เป็นศูนย์ ∑ →GEXT=0
จากนั้นระบบก็อยู่ในภาวะสมดุล นอกจากนี้ หากความเร็วของระบบยังเป็นศูนย์ด้วย (เช่น →V=0) ระบบก็จะอยู่ในสภาวะสมดุลคงที่
ตัวอย่างเช่น พิจารณาวัตถุที่วางอยู่บนโต๊ะภายในห้อง แรงภายนอกที่กระทำต่อวัตถุหรือแรงดึงโน้มถ่วง (เช่น น้ำหนัก) จะถูกตอบโต้ด้วยปฏิกิริยาที่โต๊ะข้างวัตถุ นอกจากนี้ ปฏิกิริยาและน้ำหนักยังอยู่ในแนวเดียวกัน ดังนั้นจึงไม่มีการสร้างช่วงเวลา นอกจากนี้ โต๊ะวางอยู่บนพื้นในห้อง และไม่เคลื่อนไหว ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าหนังสืออยู่ในสมดุลคงที่
สมดุลไดนามิกคืออะไร
สมดุลไดนามิกสามารถกำหนดโดยทั่วไปเป็นสถานะของระบบที่คุณสมบัติมหภาคยังคงไม่เปลี่ยนแปลงในขณะที่คุณสมบัติของกล้องจุลทรรศน์กำลังเปลี่ยนแปลง
ในกลศาสตร์ สามารถกำหนดได้อย่างเฉพาะเจาะจงว่าเป็นสถานะของระบบที่ระบบอยู่ในสภาวะสมดุล แต่ความเร็วไม่เป็นศูนย์ (กล่าวคือ ระบบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่) ดังนั้น
• ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
ลองนึกถึงโต๊ะและสิ่งของอีกครั้ง แต่แทนที่จะเป็นห้อง มันจะถูกวางไว้ในห้องโดยสารของรถไฟที่กำลังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่
ในบริบทของอุณหพลศาสตร์ ถ้าอุณหภูมิของระบบยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (เช่น พลังงานของระบบไม่เปลี่ยนแปลง) ในขณะที่ความร้อนและการถ่ายเทงานกำลังเกิดขึ้น เงื่อนไขที่จำเป็นคือผลรวมของอินพุตงานและอินพุตความร้อนต้องเท่ากับผลรวมของเอาต์พุตงานและเอาต์พุตความร้อน
ในระบบเคมี สมดุลไดนามิกเกิดขึ้นเมื่อปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นในอัตราเดียวกันในปฏิกิริยาย้อนกลับ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่สารตั้งต้นบางตัวยังถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์และผลิตภัณฑ์จะถูกแปลงเป็นสารตั้งต้น แต่กระบวนการที่ตรงกันข้ามทั้งสองนี้กำลังเกิดขึ้นในอัตราเดียวกัน
ตัวอย่างเช่น พิจารณาระบบ NO2 และ N2O4 เมื่อ NO2 แก๊สถูกบีบอัดในภาชนะ ความดันที่เพิ่มขึ้นจะทำให้ระบบลำเอียงไปข้างหน้า และ N2O 4 ผลิตขึ้นเพื่อลดจำนวนโมเลกุลและลดความดันในที่สุด แต่เมื่อถึงจุดหนึ่ง ปฏิกิริยาไปข้างหน้าดูเหมือนจะหยุดลง และการผลิต N2O4 ดูเหมือนจะหยุดลง ความเข้มข้น (หรือความดันบางส่วน) ของระบบยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ในระดับโมเลกุล NO2 จะถูกแปลงเป็น N2O4 และในทางกลับกัน
สมดุลคงที่และสมดุลไดนามิกต่างกันอย่างไร
• ในดุลยภาพคงที่ ทั้งคุณสมบัติของจุลทรรศน์และมหภาคยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ในสมดุลไดนามิก คุณสมบัติของจุลภาคจะเปลี่ยนแปลงในขณะที่คุณสมบัติระดับมหภาคยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
• ในกลศาสตร์ ระบบที่ไม่มีแรงภายนอกและโมเมนต์ภายนอกที่ไม่สมดุลถือได้ว่าอยู่ในสมดุล นอกจากนี้ หากระบบหยุดนิ่ง ก็จะอยู่ในสมดุลสถิต และหากเคลื่อนที่ด้วยความเร็วคงที่ ก็จะอยู่ในสมดุลไดนามิก
• ในระบบเทอร์โมไดนามิก หากอุณหภูมิคงที่และอินพุตและเอาท์พุตการถ่ายเทความร้อนและมวลอยู่ที่อัตราเท่ากัน ระบบจะอยู่ในสมดุล (ไดนามิก/ เทอร์โมไดนามิก)
• ในระบบเคมี ถ้าอัตราของปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาถอยหลังเท่ากัน ระบบจะบอกว่าอยู่ในสมดุลไดนามิก