In der Thermodynamik, wie man sagt, ist ein thermodynamisches System im thermodynamischen Gleichgewicht, wenn es in Thermalgleichgewicht, mechanischem Gleichgewicht, Strahlungsgleichgewicht und chemischem Gleichgewicht ist. Das Wortgleichgewicht bedeutet einen Staat des Gleichgewichtes. In einem Staat des thermodynamischen Gleichgewichts gibt es keine Nettoflüsse der Sache oder der Energie, keiner Phase-Änderungen und keiner unausgeglichenen Potenziale (oder treibende Kräfte) innerhalb des Systems. Ein System, das im thermodynamischen Gleichgewicht ist, erfährt keine Änderungen, wenn es von seinen Umgebungen isoliert wird.

In Nichtgleichgewicht-Systemen gibt es Nettoflüsse der Sache oder Energie, oder Phase-Änderungen kommen vor; wenn solche Änderungen ausgelöst werden können, um in einem System vorzukommen, in dem sie nicht bereits vorkommen, wie man sagt, ist es in einem metastable Gleichgewicht.

Übersicht

Klassische Thermodynamik befasst sich mit dynamischen Gleichgewicht-Staaten. Der lokale Staat eines Systems am thermodynamischen Gleichgewicht wird durch die Werte seiner intensiven Rahmen, wie Druck oder Temperatur bestimmt. Um spezifisch zu sein, wird thermodynamisches Gleichgewicht durch das Minimum eines thermodynamischen Potenzials, wie Helmholtz freie Energie, d. h., Systeme bei der unveränderlichen Temperatur und dem Volumen charakterisiert:

:: = U - TS;

Oder als der Gibbs freie Energie, d. h., Systeme am unveränderlichen Druck und der Temperatur:

:: G = H - TS.

wo T = Temperatur, S = Wärmegewicht, U = innere Energie und H = enthalpy. Die Helmholtz freie Energie wird häufig durch das Symbol F angezeigt, aber der Gebrauch von A wird durch IUPAC [2] bevorzugt.

Der Prozess, der zu einem thermodynamischen Gleichgewicht führt, wird thermalization genannt. Ein Beispiel davon ist ein System von aufeinander wirkenden Partikeln, das unbeeinträchtigt durch Außeneinflüsse verlassen wird. Indem sie aufeinander wirken werden, werden sie Energie/Schwung unter sich teilen und einen Staat erreichen, wo die globalen Statistiken rechtzeitig unveränderlich sind.

Bedingungen für das Gleichgewicht

Durch das Betrachten der Differenzialform von thermodynamischen Potenzialen können die folgenden Beziehungen abgeleitet werden:

• Für ein völlig isoliertes System, ΔS = 0 am Gleichgewicht.
• Für ein System bei der unveränderlichen Temperatur und dem Volumen, ΔA = 0 am Gleichgewicht.
• Für ein System bei der unveränderlichen Temperatur und dem Druck, ΔG = 0 am Gleichgewicht.

Die verschiedenen Typen des Gleichgewichts werden wie folgt erreicht:

• Zwei Systeme sind im Thermalgleichgewicht, wenn ihre Temperaturen dasselbe sind.
• Zwei Systeme sind im mechanischen Gleichgewicht, wenn ihr Druck dasselbe ist.
• Zwei Systeme sind im sich verbreitenden Gleichgewicht, wenn ihre chemischen Potenziale dasselbe sind.
• Alle Kräfte werden erwogen.

Lokales und globales Gleichgewicht

Es ist nützlich, zwischen dem globalen und lokalen thermodynamischen Gleichgewicht zu unterscheiden. In der Thermodynamik wird der Austausch innerhalb eines Systems und zwischen dem System und der Außenseite von intensiven Rahmen kontrolliert. Als ein Beispiel kontrolliert Temperatur Hitzeaustausch. Globales thermodynamisches Gleichgewicht (GTE) bedeutet, dass jene intensiven Rahmen überall im ganzen System homogen sind, während lokales thermodynamisches Gleichgewicht (LTE) bedeutet, dass sich jene intensiven Rahmen in der Zeit und Raum ändern, aber sich so langsam ändern, dass, für jeden Punkt, man thermodynamisches Gleichgewicht in einer Nachbarschaft über diesen Punkt annehmen kann.

Wenn die Beschreibung des Systems Schwankungen in den intensiven Rahmen verlangt, die zu groß sind, werden die wirklichen Annahmen, auf die die Definitionen dieser intensiven Rahmen basieren, zusammenbrechen, und das System wird weder im globalen noch in lokalen Gleichgewicht sein. Zum Beispiel nimmt es eine bestimmte Anzahl von Kollisionen für eine Partikel zu equilibrate zu seinen Umgebungen. Wenn die durchschnittliche Entfernung, die es während dieser Kollisionen bewegt hat, es von der Nachbarschaft entfernt, ist es equilibrating dazu, es wird nie equilibrate, und es wird keinen LTE geben. Temperatur ist definitionsgemäß zur durchschnittlichen inneren Energie einer equilibrated Nachbarschaft, proportional. Da es keine equilibrated Nachbarschaft gibt, bricht das Konzept der Temperatur zusammen, und die Temperatur wird unbestimmt.

Es ist wichtig zu bemerken, dass dieses lokale Gleichgewicht nur für eine bestimmte Teilmenge von Partikeln im System gelten kann. Zum Beispiel wird LTE gewöhnlich nur auf massive Partikeln angewandt. In einem ausstrahlenden Benzin, die Fotonen, die ausstrahlen werden und gefesselt vom Gasbedürfnis nicht, im thermodynamischen Gleichgewicht mit einander oder mit den massiven Partikeln des Benzins in der Größenordnung von LTE sein, um zu bestehen. In einigen Fällen wird es notwendig für freie Elektronen nicht betrachtet, im Gleichgewicht mit den viel massiveren Atomen oder Molekülen für LTE zu sein, um zu bestehen.

Als ein Beispiel wird LTE in einem Glas von Wasser bestehen, das einen schmelzenden Eiswürfel enthält. Die Temperatur innerhalb des Glases kann an jedem Punkt definiert werden, aber es ist in der Nähe vom Eiswürfel kälter als weit weg davon. Wenn Energien der in der Nähe von einem gegebenen Punkt gelegenen Moleküle beobachtet werden, werden sie gemäß dem Vertrieb von Maxwell-Boltzmann für eine bestimmte Temperatur verteilt. Wenn die Energien der in der Nähe von einem anderen Punkt gelegenen Moleküle beobachtet werden, werden sie gemäß dem Vertrieb von Maxwell-Boltzmann für eine andere Temperatur verteilt.

Lokales thermodynamisches Gleichgewicht verlangt entweder lokalen oder globalen stationarity nicht. Mit anderen Worten braucht jede kleine Gegend keine unveränderliche Temperatur zu haben. Jedoch verlangt es wirklich, dass sich jede kleine Gegend langsam genug ändert, um seinen lokalen Vertrieb von Maxwell-Boltzmann von molekularen Geschwindigkeiten praktisch zu stützen. Ein globaler Nichtgleichgewicht-Staat kann nur stabil stationär sein, wenn er durch den Austausch zwischen dem System und der Außenseite aufrechterhalten wird. Zum Beispiel konnte ein allgemein stabil stationärer Staat innerhalb des Glases von Wasser durch das dauernde Hinzufügen des fein bestäubten Eises darin aufrechterhalten werden, um das Schmelzen und unaufhörlich Abführen der meltwater zu ersetzen. Transportphänomene sind Prozesse, die ein System vom lokalen bis globales thermodynamisches Gleichgewicht führen. Zu unserem Beispiel zurückgehend, wird die Verbreitung der Hitze unser Glas von Wasser zum globalen thermodynamischen Gleichgewicht, einem Staat führen, in dem die Temperatur des Glases völlig homogen ist.

Typen des Gleichgewichts

Thermalgleichgewicht

Thermalgleichgewicht wird erreicht, wenn zwei Systeme im Thermokontakt mit einander aufhören, einen Nettoaustausch der Energie zu haben. Hieraus folgt dass, wenn zwei Systeme im Thermalgleichgewicht sind, dann sind ihre Temperaturen dasselbe.

Thermalgleichgewicht kommt vor, als makroskopische thermische observables eines Systems aufgehört haben, sich mit der Zeit zu ändern. Zum Beispiel würde ein ideales Benzin, dessen sich Vertriebsfunktion zu einem spezifischen Vertrieb von Maxwell-Boltzmann stabilisiert hat, im Thermalgleichgewicht sein. Dieses Ergebnis erlaubt einer einzelnen Temperatur und Druck, dem ganzen System zugeschrieben zu werden. Das Thermalgleichgewicht eines Systems bezieht absolute Gleichförmigkeit innerhalb eines Systems nicht ein; zum Beispiel kann ein Flusssystem im Thermalgleichgewicht sein, wenn der makroskopische Temperaturvertrieb stabil und sich rechtzeitig nicht ändernd ist, wenn auch der Raumtemperaturvertrieb Thermalverschmutzungseingänge widerspiegelt.

Quasistatisches Gleichgewicht

Quasistatisches Gleichgewicht ist der Quasigleichgewichtszustand eines thermodynamischen Systems in der Nähe vom thermodynamischen Gleichgewicht in einem Sinn. In einem quasistatischen oder Gleichgewichtsprozess kommt ein genug langsamer Übergang eines thermodynamischen Systems von einem Gleichgewicht-Staat bis einen anderen solch vor, dass in jedem Moment rechtzeitig der Staat des Systems einem Gleichgewicht-Staat nah ist. Während eines quasistatischen Prozesses erreicht das System Gleichgewicht viel schneller fast sofort, als sich seine physischen Rahmen ändern.

Nichtgleichgewicht

Nichtgleichgewicht-Thermodynamik ist ein Zweig der Thermodynamik, die sich mit Systemen befasst, die nicht im thermodynamischen Gleichgewicht sind. Die meisten in der Natur gefundenen Systeme sind nicht im thermodynamischen Gleichgewicht, weil sie sich ändern oder ausgelöst werden können, um sich mit der Zeit zu ändern, und unaufhörlich sind und diskontinuierlich dem Fluss der Sache und Energie zu und von anderen Systemen unterwerfen. Die thermodynamische Studie von Nichtgleichgewicht-Systemen verlangt mehr Gesamtkonzepte, als es durch die Gleichgewicht-Thermodynamik befasst wird. Viele natürliche Systeme bleiben noch heute außer dem Spielraum zurzeit bekannter makroskopischer thermodynamischer Methoden.

Allgemeine Verweisungen

• Cesare Barbieri (2007) Grundlagen der Astronomie. Erstausgabe (QB43.3. B37 2006) CRC internationale Pressestandardbuchnummer 0-7503-0886-9, 9780750308861
• Hans R. Griem (2005) Grundsätze der Plasmaspektroskopie (Monografien von Cambridge auf der Plasmaphysik), Universität von Cambridge Presse, New Yorker internationale Standardbuchnummer 0-521-61941-6
• C. Michael Hogan, Leda C. Patmore und Harry Seidman (1973) Statistische Vorhersage von Dynamischen Thermalgleichgewicht-Temperaturen mit Meteorologischen Standarddatenbasen, der Zweiten Ausgabe (EPA-660/2-73-003 2006) USA-Umweltbundesbehörde-Büro der Forschung und Entwicklung, Washingtoner Gleichstrom

• F. Mandl (1988) Statistical Physics, Second Edition, John Wiley & Sons

Kommentare

Außenverbindungen

• Depression des Lokalen Thermodynamischen Gleichgewichts George W. Collins, Die Grundlagen der Sternastrophysik, Kapitel 15
• Thermodynamisches Gleichgewicht, Lokal und liest sonst durch Michael Richmond
• Nichtlokales Thermodynamisches Gleichgewicht im Bewölkten Planetarischen Atmosphäre-Vortrag von R. E. Samueison, der die Effekten wegen non-LTE in einer Atmosphäre misst
• Lokales thermodynamisches Gleichgewicht
• Xchanger Inc, webpage Rechenmaschine für das thermodynamische Gleichgewicht von pneumatischer Übermitteln-Luft und befördertem Produkt.