Cân bằng tĩnh so với cân bằng động
Cân bằng là một khái niệm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, để biểu thị sự cân bằng giữa hai lực đối nghịch trong một hệ thống được xem xét.
Trong trường hợp này, cân bằng tĩnh và cân bằng động là hai trạng thái của một hệ vật chất mà hai hoặc nhiều thuộc tính nằm trong trạng thái cân bằng. Những trường hợp này được nghiên cứu cụ thể trong cơ học và cả hóa lý.
Cân bằng tĩnh là gì?
Theo nghĩa chung, cân bằng tĩnh được định nghĩa là trạng thái trong đó các đặc tính vĩ mô và vi mô của một hệ thống đều không thay đổi theo thời gian.
Trong cơ học, một hệ không có lực nào tác dụng lên nó có thể được coi là ở trạng thái cân bằng. Có thể nói rằng nếu, • Tổng vectơ của tất cả các ngoại lực bằng 0; ∑ → FEXT=0
• Tổng các mômen của tất cả các lực bên ngoài đối với bất kỳ đường thẳng nào bằng 0, ∑ → GEXT=0
thì hệ ở trạng thái cân bằng. Ngoài ra, nếu vận tốc của hệ cũng bằng 0 (tức là → V=0), thì hệ ở trạng thái cân bằng tĩnh.
Ví dụ, hãy xem xét một vật thể nằm trên bàn trong một căn phòng. Các lực bên ngoài tác dụng lên vật thể, hay còn gọi là lực hấp dẫn (tức là trọng lượng), bị phản lại bởi phản lực tác dụng lên vật thể bởi mặt bàn. Ngoài ra, phản lực và trọng lượng nằm trên cùng một đường thẳng, do đó không có mômen nào được tạo ra. Ngoài ra, bàn nằm trên mặt đất trong một căn phòng và không di chuyển. Do đó, chúng ta có thể suy ra rằng cuốn sách ở trạng thái cân bằng tĩnh.
Cân bằng động là gì?
Cân bằng động có thể được định nghĩa chung là trạng thái của một hệ thống mà các thuộc tính vĩ mô không thay đổi trong khi các thuộc tính vi mô thay đổi.
Trong cơ học, nó có thể được định nghĩa cụ thể là trạng thái của một hệ mà hệ ở trạng thái cân bằng, nhưng vận tốc không bằng 0 (tức là hệ chuyển động với vận tốc không đổi). Do đó, • ∑ → FEXT=0
• ∑ → GEXT=0
• → V ≠ 0
Một lần nữa hãy xem xét cái bàn và vật thể, nhưng thay vì một căn phòng, nó được đặt bên trong một cabin của một đoàn tàu đang chuyển động với vận tốc không đổi.
Trong điều kiện nhiệt động lực học, nếu nhiệt độ của một hệ không thay đổi (tức là năng lượng của hệ không đổi) thì nhiệt và sự truyền công đang xảy ra. Điều kiện cần là tổng công suất đầu vào và nhiệt lượng đầu vào phải bằng tổng công suất công việc và công suất tỏa nhiệt.
Trong hệ thống hóa học, cân bằng động xảy ra khi phản ứng thuận và phản ứng nghịch xảy ra với tốc độ như nhau trong một phản ứng thuận nghịch. Nồng độ của các chất phản ứng và các sản phẩm không thay đổi, nhưng vẫn có một số chất phản ứng được chuyển thành sản phẩm và các sản phẩm được chuyển thành chất phản ứng. Nhưng hai quá trình đối lập này đang diễn ra với tốc độ như nhau.
Ví dụ, hãy xem xét hệ thống NO2và N2O4. Khi khí NO2được nén trong một bình chứa, sự gia tăng áp suất làm cho hệ thống bị lệch về phía trước và N2O 4được tạo ra để giảm số lượng phân tử và cuối cùng là giảm áp suất. Nhưng tại một thời điểm nhất định, phản ứng thuận dường như dừng lại và quá trình sản xuất N2O4dường như dừng lại. Nồng độ (hoặc áp suất riêng phần) của hệ thống không thay đổi. Nhưng ở cấp độ phân tử NO2được chuyển thành N2O4và ngược lại.
Sự khác biệt giữa Cân bằng tĩnh và Cân bằng động là gì?
• Ở trạng thái cân bằng tĩnh, các thuộc tính vi mô và vĩ mô đều không thay đổi trong khi ở trạng thái cân bằng động, các thuộc tính vi mô thay đổi trong khi các thuộc tính vĩ mô không thay đổi.
• Trong cơ học, một hệ không có ngoại lực và momen ngoài không cân bằng 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 chuyển động với vận tốc không đổi, nó ở trạng thái cân bằng động.
• Trong hệ thống nhiệt động lực học, nếu nhiệt độ không đổi và đầu vào và đầu ra truyền nhiệt và khối lượng bằng nhau, hệ ở trạng thái cân bằng (động / nhiệt động).
• Trong một hệ thống hóa học, nếu tốc độ của phản ứng thuận và phản ứng nghịch là như nhau thì hệ đó được coi là ở trạng thái cân bằng động.
