Equilíbrio termodinâmico

Supondo que haja dois corpos a diferentes temperaturas, um quente e um frio. Quando estes dois corpos são colocados em contato físico um com o outro, a temperatura de ambos os corpos irá mudar. O corpo quente tende a ficar mais frio, enquanto o corpo frio tende a ficar mais quente. Eventualmente, ambos os corpos alcançarão as mesmas temperaturas e eles estarão em equilíbrio termodinâmico um com o outro. Em um sistema isolado quando não há mudança na propriedade macroscópica do sistema como entropia, energia interna, etc., esta em equilíbrio termodinâmico. O estado do sistema que está em equilíbrio termodinâmico é determinado por propriedades intensivas como temperatura, pressão, volume etc.

Sempre que o sistema está em equilíbrio termodinâmico, ele tende a permanecer nesse estado infinitamente e não mudará espontaneamente. Assim, quando o sistema está em equilíbrio termodinâmico, não haverá nenhuma alteração espontânea em suas propriedades macroscópicas.

Condições para o equilíbrio termodinâmico

Diz-se que o sistema esta em equilíbrio termodinâmico quando as condições para os três equilíbrios forem atendidas:

1) equilíbrio mecânico

2) equilíbrio químico

3) equilíbrio térmico

1) equilíbrio mecânico: diz-se estar sob equilíbrio mecânico. O sistema também esta em equilíbrio mecânico quando a pressão em todo o sistema e entre o sistema e os arredores é o mesmo. Sempre que existam forças de desequilíbrio dentro do sistema, elas serão neutralizadas quando não há forças desequilibradas dentro do sistema e entre o sistema e o entorno, o sistema para atingir a condição de equilíbrio. Parece que dois sistemas estão em equilíbrio mecânico um com o outro quando suas pressões são iguais.

2) equilíbrio químico: o sistema está em equilíbrio químico quando não há reações químicas em curso dentro do sistema ou não há transferência de matéria de uma parte do sistema para outra devido à difusão. Dois sistemas dizem estar em equilíbrio químico um com o outro quando seus potenciais químicos são os mesmos.

3) Equilíbrio térmico: quando o sistema está em equilíbrio mecânico e químico e não há mudança espontânea em nenhuma de suas propriedades, o sistema está em equilíbrio térmico. Quando a temperatura do sistema é uniforme e não se altera em todo o sistema e também nos arredores, o sistema esta em equilíbrio térmico. Dois sistemas são considerados equilíbrio térmico um com o outro se suas temperaturas forem iguais.

Para que o sistema seja equilibrado termodinâmico, é necessário que ele esteja sob equilíbrio mecânico, químico e térmico. Se qualquer uma das condições acima não for cumprida, o sistema não está em equilíbrio.