Termodünaamiline tasakaal

Termodünaamiline tasakaal on termodünaamilise süsteemi stabiilne olek, mille puhul süsteemis ei toimu mingeid makroskoopilisi muutusi (aine- ja energiavood väliskeskkonnast eraldatud süsteemi sees ei muutu) ja olekuparameetrid – temperatuur, rõhk ja ruumala (maht) – jäävad ajas muutumatuks.

Püsivates välistingimustes olevas süsteemis saabub termiline tasakaal relaksatsiooni tõttu. Kui välistingimused ei muutu, siis süsteem iseenesest sellest enam ei välju.^[1]

Tasakaalutingimused

Selleks et süsteem saaks olla termodünaamilises tasakaalus, peavad olema täidetud termilise, mehaanilise ja keemilise tasakaalu tingimused:

• termilise tasakaalu eelduseks on makroskoopiliste soojusvoogude puudumine süsteemis; selleks peab temperatuur olema süsteemi ulatuses ühesugune;
• mehaaniline tasakaal eeldab, et üks makroskoopiline osasüsteem ei mõjuta teist osasüsteemi; sel juhul on rõhk kogu süsteemi ulatuses ühesugune ja süsteemile ei mõju välised väljad;
• keemiline tasakaal eeldab, et eri faasiolekutest koosneva süsteemi koostis jääb muutumatuks; sel juhul on faaside keemilised potentsiaalid võrdsed; kui süsteemile mõjub elektriväli), siis on elektrokeemilise tasakaalu eelduseks elektrokeemilise potentsiaali konstantsus.

Tasakaalutingimused eri süsteemides

Suletud süsteem

Suletud süsteem on termodünaamilises tasakaalus, kui selle entroopia ${\displaystyle S}$ on maksimaalne; vastavalt diferentsiaal

${\displaystyle \mathrm {d} S=0}$.

Kindla mahuga ja kindla temperatuuriga süsteem

Süsteemis, millele on väljastpoolt ette antud konstantne maht ${\displaystyle V}$ ja konstantne temperatuur ${\displaystyle T}$, on vabaenergia ${\displaystyle F(T,V,N)=U(S,V,N)-TS}$ minimaalne; siin ${\displaystyle U}$ on siseenergia ja ${\displaystyle N}$ osakeste arv. Kuna diferentsiaal

${\displaystyle \mathrm {d} F=-S\mathrm {d} T-p\mathrm {d} V+\mu \mathrm {d} N=0}$,

sest ${\displaystyle \mathrm {d} T=\mathrm {d} V=0}$, siis järelikult ka ${\displaystyle \mathrm {d} N=0}$.

Kindla rõhuga ja kindla temperatuuriga süsteem

Süsteemis, millele on väljastpoolt ette antud konstantne rõhk ${\displaystyle p}$ ja konstantne temperatuur ${\displaystyle T}$, on Gibbs vaba entalpia minimaalne. Kuna diferentsiaal

${\displaystyle \mathrm {d} G=-S\mathrm {d} T+V\mathrm {d} p+\mu \mathrm {d} N=0}$,

sest ${\displaystyle \mathrm {d} T=\mathrm {d} p=0}$, siis järelikult ka ${\displaystyle \mathrm {d} N=0}$.

Vaata ka

• Termodünaamiline süsteem
• Termodünaamiline protsess
• Olekuparameetrid

Viited

1. ENE 9. köide, 1996