Materie & Energie

Gleichgewicht | Physik

Gleichgewicht , in der Physik , der Zustand eines Systems, in dem sich weder sein Bewegungszustand noch sein innerer Energiezustand mit der Zeit ändern. Ein einfacher mechanischer Körper soll im Gleichgewicht sein, wenn er weder eine lineare Beschleunigung noch eine Winkelbeschleunigung erfährt; Wenn es nicht durch eine äußere Kraft gestört wird, bleibt es in diesem Zustand auf unbestimmte Zeit bestehen. Für ein einzelnes Teilchen entsteht ein Gleichgewicht, wenn der VektorDie Summe aller auf das Teilchen einwirkenden Kräfte ist Null. Ein starrer Körper (der sich per Definition von einem Teilchen durch die Eigenschaft der Ausdehnung unterscheidet) gilt als im Gleichgewicht, wenn zusätzlich zu den für das obige Teilchen aufgeführten Zuständen die Vektorsumme aller auf den Körper einwirkenden Drehmomente gleich Null ist, so dass sein Drehbewegungszustand bleibt konstant. Ein Gleichgewicht soll seinstabil, wenn kleine, von außen induzierte Verschiebungen aus diesem Zustand Kräfte erzeugen, die dazu neigen, der Verschiebung entgegenzuwirken und den Körper oder das Teilchen in den Gleichgewichtszustand zurückzubringen. Beispiele hierfür sind ein Gewicht, das an einer Feder aufgehängt ist, oder ein Ziegelstein, der auf einer ebenen Fläche liegt. Ein Gleichgewicht ist instabil, wenn die geringste Abweichung Kräfte erzeugt, die dazu neigen, die Verschiebung zu erhöhen. Ein Beispiel ist ein Kugellager, das an der Kante einer Rasierklinge ausgewuchtet ist.

Im Thermodynamik Das Konzept des Gleichgewichts wird erweitert, um mögliche Änderungen des inneren Zustands eines Systems einzuschließen, die durch seine Temperatur, seinen Druck , seine Dichte und alle anderen Größen gekennzeichnet sind, die zur vollständigen Spezifizierung seines Zustands erforderlich sind. Bei einem strengen thermodynamischen Gleichgewicht ist die Temperatur des Systems gleichmäßig (andernfalls würde Wärme fließen), und Gradienten in Zustandsfunktionen wie Druck oder Dichte werden durch äußere Kräfte ausgeglichen, so dass sie konstant bleiben. Beispielsweise ist der Gleichgewichtsdruck am Boden einer Luftsäule aufgrund der Schwerkraft höher als oben , und Dichtegradienten in einer Zentrifuge werden durch die Zentrifugalkraft ausgeglichen. Es ist auch nützlich, Quasi-Gleichgewichtsprozesse zu berücksichtigen, bei denen beispielsweise Temperaturgradienten zulässig sind, wenn die Wärmeflussrate zu langsam ist, um signifikant zu sein ( adiabatische Prozesse ), das System sich jedoch ansonsten im lokalen thermodynamischen Gleichgewicht befindet . Zum Beispiel erklärt die adiabatische Ausdehnung einer aufsteigenden Luftsäule den Rückgang der atmosphärischen Temperatur mit der Höhe.