Équilibre statique vs dynamique
L'équilibre est un concept utilisé dans une variété de disciplines, pour exprimer un équilibre entre deux forces opposées dans un système considéré.
Dans ce cas, l'équilibre statique et l'équilibre dynamique sont deux états d'un système physique où deux ou plusieurs propriétés sont en équilibre. Ces cas sont spécifiquement étudiés en mécanique, mais aussi en chimie physique.
Qu'est-ce que l'équilibre statique ?
Au sens générique, l'équilibre statique est défini comme un état dans lequel les propriétés macroscopiques et microscopiques d'un système restent inchangées dans le temps.
En mécanique, un système sur lequel aucune force résultante n'agit peut être considéré dans un état d'équilibre. Il suffit de dire que si, • La somme vectorielle de toutes les forces externes est nulle; ∑ →FEXT=0
• La somme des moments de toutes les forces externes autour de n'importe quelle ligne est nulle, ∑ →GEXT=0
alors le système est en équilibre. De plus, si la vitesse du système est également nulle (c'est-à-dire → V=0), alors le système est en équilibre statique.
Par exemple, considérons un objet posé sur une table à l'intérieur d'une pièce. Les forces externes sur l'objet, ou l'attraction gravitationnelle (c'est-à-dire le poids), sont contrées par la réaction sur l'objet par la table. De plus, la réaction et le poids sont sur la même ligne, donc aucun moment n'est produit. De plus, la table est au sol dans une pièce, et ne bouge pas. Par conséquent, nous pouvons en déduire que le livre est en équilibre statique.
Qu'est-ce que l'équilibre dynamique ?
L'équilibre dynamique peut être génériquement défini comme un état d'un système où les propriétés macroscopiques restent inchangées alors que les propriétés microscopiques changent.
En mécanique, il peut être spécifiquement défini comme un état d'un système où le système est en équilibre, mais la vitesse n'est pas nulle (c'est-à-dire que le système se déplace à une vitesse constante). Par conséquent, • ∑→FEXT=0
• ∑→GEXT=0
• →V ≠ 0
Considérez à nouveau la table et l'objet, mais au lieu d'une pièce, il est placé à l'intérieur d'une cabine d'un train se déplaçant à une vitesse constante.
Dans le contexte de la thermodynamique, si la température d'un système reste inchangée (c'est-à-dire que l'énergie du système est inchangée) alors que la chaleur et le transfert de travail se produisent. La condition nécessaire est que la somme de l'apport de travail et de l'apport de chaleur soit égale à la somme de la production de travail et de la production de chaleur.
Dans un système chimique, l'équilibre dynamique se produit lorsque la réaction directe et la réaction inverse se produisent à la même vitesse dans une réaction réversible. La concentration des réactifs et des produits reste inchangée, mais certains des réactifs sont encore convertis en produits et les produits sont convertis en réactifs. Mais ces deux processus opposés se produisent au même rythme.
Par exemple, considérons le système NO2 et N2O4. Lorsque le gaz NO2 est comprimé dans un récipient, l'augmentation de la pression provoque la polarisation du système vers l'avant, et N2O 4 est produit pour réduire le nombre de molécules et éventuellement réduire la pression. Mais à un certain moment, la réaction vers l'avant semble s'arrêter et la production de N2O4 semble s'arrêter. Les concentrations (ou pression partielle) du système restent inchangées. Mais au niveau moléculaire, le NO2 est converti en N2O4 et vice versa.
Quelle est la différence entre l'équilibre statique et dynamique ?
• En équilibre statique, les propriétés microscopiques et macroscopiques restent inchangées alors qu'en équilibre dynamique, les propriétés microscopiques changent tandis que les propriétés macroscopiques restent inchangées.
• En mécanique, un système sans forces externes déséquilibrées ni moments externes peut être considéré comme étant en équilibre. De plus, si le système est stationnaire, il est en équilibre statique, et s'il se déplace à vitesse constante, il est en équilibre dynamique.
• Dans un système thermodynamique, si la température est constante et que l'entrée et la sortie du transfert de chaleur et de masse sont à des taux égaux, le système est en équilibre (dynamique/thermodynamique).
• Dans un système chimique, si la vitesse de la réaction directe et de la réaction inverse est la même, on dit que le système est en équilibre dynamique.
