تعادل در ترمودینامیک
تعادل در ترمودینامیک
اول بیایید درباره تعریف تعادل به توافق برسیم : تعادل یعنی اینکه در یک شرایط پایدار قرار گرفتن به طوری که بشه گفت این شرایط به هیچ سمتی تمایل نداره .
یه کم سخت شد بزار توضیح بدم : برای مثال یه هنرمند بند باز رو در نظر بگیر؛ این شخص تا زمانی که روی بند ایستاده و تونسته خودش رو اون وسط نگه داره میگیم تعادل داره و اگر کمی به یه سمت کج بشه میگیم تعادلش به هم خورده و الانه که بیفته .
مشابه همین تعریف توی ترمودینامیک درباره سیستم ها وجود داره و ما در این مقاله سه تعادل مهم رو درباره یک سیستم بررسی می کنیم .
اولا باید بدونیم که تعادل در یک سیستم ترمودینامیکی چجوری تعریف میشه : سیستمی در حالت تعادل قرار داره که با گذشت زمان تغییری درش رخ نده و بتونه این حالت کنونی خودش رو حفظ کنه .
برای مثال : یک بطری شیشه ای رو فرض کنید که تا نصف توش آب ریختین و گذاشتین توی آفتاب؛ بعد از زمانی روی دیواره بطری بخار جم میشه و این ادامه پیدا میکنه تا میعان شروع بشه و میبینیم که بخار روی بطری داره به صورت قطرات ریز به آب داخل بطری بر میگرده؛ بعد از گذشت زمانی تبخیر و میعان به تعادل میرسن و شما فکر میکنین اینا متوقف شده در حالی که اینطور نیست و تبخیر و میعان همچنان داره انجام میشه اما چون هر دو به مقدار یکسان داره رخ میده شما نمیتونین ببینین که این روند همچنان ادامه داره .
ما برای چنین سامانه ای سه نوع تعادل رو بحث میکنیم : اما اول باید یه سیستم رو بسازیم و بعد اینا رو روی اون بحث میکنیم؛ سیستم ما به این شکل که یه سیلندر گازی داریم که وسطش یه صفحه داریم که میتونه در طول سیلندر حرکت کنه . به این شکل :
1 _ تعادل دمایی : بیان میکنه که برای یک سیستم در حالت تعادل دما ثابت میمونه .
فرض کنید در این حالت کنونی, حجم سیستم ثابت باشه و هیچ شکافی در دیواره سیلندر نباشه که بشه گاز درون سیلندر ازش خارج بشه یا گازی به درون سیلندر وارد بشه پس برای معادله اساسی این سیستم داریم :
ds = (∂s/∂u) du+ (∂s/∂v) dv + (∂s/∂n) dn
چون حجم این زیر سامانه ها تغییر نمیکنه داریم :
(∂s/∂v) dv = 0
چون ماده به سمانه وارد و یا از اون خارج نمیشه و البته ماده ای هم در خود سامانه تولید یا مصرف نمیشه پس داریم :
(∂s/∂n) dn = 0
پس برای معادله اساسی داریم :
ds = (∂s/∂u) du
خب حالا دو تا مساله مهم :
1 _ در حالت تعادل به علت پایستگی انرژی داریم :
du1 = – du2
2 _ بنا بر اصول موضوعه در ترمودینامیک, در حالت تعادل ds=0 هست .
پس اگه برای دو زیر سامانه بخوام معادله اساسی رو بنویسم داریم :
ds = (∂s/∂u) du1 +(∂s/∂u) du2
(∂s/∂u) du1 = – (∂s/∂u) du2
بر اساس تعریف که داریم :
(∂s/∂u) = T
پس داریم :
T1 du1 = – T2 du2
چون du1 = – du2 پس نتیجه نهایی میشه :
T1 = T2
به همین سادگی اثبات میشه که در حالت تعادل ترمودینامیکی دمای دو زیر سامانه باید برابر باشه .
دو مورد بعدی تعادل مکانیکی و تعادل شیمیایی هست که در مقالات بعدی بهش اشاره خواهیم کرد .
