Тепловое равновесие (ЕГЭ-ОГЭ)

Эти величины не остаются постоянными: они лишь флуктуируют (колеблются) вблизи своих средних значений. Если для равновесной системы возможно несколько состояний, в каждом из которых система может пребывать неопределённо долго, то говорят, что она находится в метастабильном равновесии. В равновесном состоянии в системе отсутствуют потоки материи или энергии, неравновесные потенциалы (или движущие силы), изменения количества присутствующих фаз (фазовое равновесие). Выделяют тепловое (статистическое, или термодинамическое равновесие), механическое, гидроаэромеханическое (гидродинамическое, гидростатическое), радиационное (лучистое)^[1] и химическое равновесие.

На практике условие изоляции подразумевает, что процессы достижения равновесия протекают существенно быстрее, чем изменения на границах системы (то есть изменения внешних по отношению к системе условий), и при этом осуществляется обмен вещества и энергией между системой и окружением. Иными словами, термодинамическое равновесие достигается, если скорость релаксационных процессов достаточно велика (как правило, это свойственно высокотемпературным процессам) либо имеется длительный интервал времени для установления равновесия (этот случай встречается, например, в геологических процессах)^[2].

Равновесное состояние макроскопической системы удобно для описания благодаря своей простоте. Оно не зависит от времени (без учёта флуктуаций) и обычно может быть охарактеризовано несколькими макроскопическими параметрами. Кроме того, равновесное состояние не зависит от предыдущей истории системы и представляет собой наиболее вероятное макроскопическое состояние системы в заданных условиях^[3].

В реальных процессах часто наблюдается неполное (относительное, подвижное, динамическое) равновесие, причём степень неполноты может быть значительной или незначительной. Выделяют три варианта:

• равновесие устанавливается в определённой части (или частях) сравнительно крупной системы — локальное равновесие,
• неполное равновесие возникает из-за различия скоростей релаксационных процессов, протекающих в системе — частичное равновесие,
• наблюдается одновременно локальное и частичное равновесие.

В неравновесных системах наблюдаются изменения потоков материи или энергии, а также, например, изменения фазового состава.

Состояние термодинамического равновесия называют устойчивым, если при изменении макроскопических характеристик системы она самопроизвольно возвращается в исходное состояние^[4].