توازن ثابت مقابل توازن ديناميكي
التوازن هو مفهوم يستخدم في مجموعة متنوعة من التخصصات ، للتعبير عن التوازن بين قوتين متعارضتين في نظام مدروس.
في هذه الحالة ، التوازن الثابت والتوازن الديناميكي هما حالتان من نظام فيزيائي حيث تتوازن خاصيتان أو أكثر. يتم التحقيق في هذه الحالات على وجه التحديد في الميكانيكا ، وكذلك في الكيمياء الفيزيائية.
ما هو التوازن الثابت؟
كإحساس عام ، يتم تعريف التوازن الثابت على أنه حالة تظل فيها الخصائص العيانية والميكروسكوبية لنظام ما دون تغيير مع مرور الوقت.
في الميكانيكا ، يمكن اعتبار النظام بدون قوة ناتجة تعمل عليه في حالة توازن. يكفي أن نقول إذا ،
• مجموع المتجهات لجميع القوى الخارجية هو صفر ؛ ∑ → FEXT=0
• مجموع لحظات جميع القوى الخارجية حول أي خط هو صفر ، ∑ → GEXT=0
إذن النظام في حالة توازن. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت سرعة النظام صفرًا أيضًا (أي → V=0) ، فإن النظام في حالة توازن ثابت.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك كائنًا مستلقياً على طاولة داخل غرفة. القوى الخارجية على الجسم ، أو قوة الجاذبية (أي الوزن) ، يقابلها رد فعل على الجسم بواسطة الطاولة. أيضًا ، يكون التفاعل والوزن على نفس الخط ، لذلك لا يتم إنتاج لحظات. أيضا ، الطاولة على الأرض في غرفة ، ولا تتحرك. لذلك ، يمكننا أن نستنتج أن الكتاب في حالة توازن ثابت.
ما هو التوازن الديناميكي؟
يمكن تعريف التوازن الديناميكي بشكل عام على أنه حالة من النظام حيث تظل الخصائص العيانية دون تغيير بينما تتغير الخصائص المجهرية.
في الميكانيكا ، يمكن تعريفها على وجه التحديد بأنها حالة نظام يكون فيها النظام في حالة توازن ، لكن السرعة ليست صفرية (أي أن النظام يتحرك بسرعة ثابتة). لذلك ،
• ∑ → FEXT=0
• ∑ → GEXT=0
• → V ≠ 0
مرة أخرى ضع في اعتبارك الطاولة والجسم ، ولكن بدلاً من الغرفة ، يتم وضعها داخل مقصورة قطار يتحرك بسرعة ثابتة.
في سياق الديناميكا الحرارية ، إذا ظلت درجة حرارة النظام دون تغيير (أي أن طاقة النظام لم تتغير) أثناء حدوث الحرارة ونقل العمل. الشرط الضروري هو أن مجموع مدخلات العمل ومدخلات الحرارة يجب أن تكون مساوية لمجموع ناتج العمل وخرج الحرارة.
في نظام كيميائي ، يحدث التوازن الديناميكي عندما يحدث التفاعل الأمامي والتفاعل الخلفي بنفس المعدل في تفاعل عكسي. يظل تركيز المواد المتفاعلة والمنتجات دون تغيير ، ولكن لا يزال يتم تحويل بعض المواد المتفاعلة إلى منتجات ويتم تحويل المنتجات إلى مواد متفاعلة. لكن هاتين العمليتين المتعارضتين تحدثان بنفس المعدل.
على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك نظام NO2و N2O4. عندما يتم ضغط NO2غاز في حاوية ، تؤدي الزيادة في الضغط إلى انحياز النظام للأمام ، و N2Oيتم إنتاج 4لتقليل عدد الجزيئات وتقليل الضغط في النهاية. ولكن عند نقطة معينة ، يبدو أن رد الفعل الأمامي قد توقف ويبدو أن إنتاج N2O4قد توقف. تركيزات (أو الضغط الجزئي) للنظام تبقى دون تغيير. ولكن على المستوى الجزيئي يتم تحويل NO2إلى N2O4والعكس صحيح.
ما هو الفرق بين التوازن الثابت والديناميكي؟
• في حالة التوازن الثابت ، تظل كل من الخصائص المجهرية والميكروسكوبية دون تغيير بينما تتغير الخصائص المجهرية في حالة التوازن الديناميكي بينما تظل الخصائص العيانية دون تغيير.
• في الميكانيكا ، يمكن اعتبار النظام الذي لا يحتوي على قوى خارجية غير متوازنة ولحظات خارجية في حالة توازن. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كان النظام ثابتًا ، فهو في حالة توازن ثابت ، وإذا كان يتحرك بسرعة ثابتة ، فهو في حالة توازن ديناميكي.
• في النظام الديناميكي الحراري ، إذا كانت درجة الحرارة ثابتة وكانت مدخلات ومخرجات نقل الحرارة والكتلة بمعدلات متساوية ، يكون النظام في حالة توازن (ديناميكي / ديناميكي حراري).
• في نظام كيميائي ، إذا كان معدل التفاعل الأمامي والتفاعل الخلفي متماثلين ، يُقال أن النظام في حالة توازن ديناميكي.
