Nodwedd graidd ecwilibriwm thermol yw bod priodweddau macrosgopig y system yn sefydlog, mae'r tymheredd yn unffurf, ac nid oes llif gwres net. Mae'n gyflwr sefydlog deinamig, delfrydol y gellir ei ddisgrifio gan gyfreithiau thermodynameg. Mae'r cyflwr hwn nid yn unig yn gonglfaen dadansoddiad thermodynamig ond hefyd yn darparu'r sail ddamcaniaethol ar gyfer diffinio tymheredd a mesur gwres.
Prif nodweddion ecwilibriwm thermol:
Tymheredd cyson (ecwilibriwm thermol): Mae'r tymheredd yr un fath ym mhob rhan o'r system a rhwng y system a'i hamgylchoedd (os yw mewn cysylltiad). Nid oes unrhyw drosglwyddo gwres yn cael ei yrru gan wahaniaethau tymheredd. Dyma'r maen prawf mwyaf sylfaenol ar gyfer ecwilibriwm thermol, sy'n deillio o gyfraith sero thermodynameg: Os yw dwy system mewn cydbwysedd thermol gyda thrydedd system, yna maent hefyd mewn cydbwysedd thermol â'i gilydd.
Dim trosglwyddiad gwres net macrosgopig: Er bod gronynnau microsgopig yn gwrthdaro'n gyson ac yn cyfnewid ynni, o safbwynt macrosgopig, nid oes llif gwres net o fewn y system na rhwng y system a'i chyffiniau. Hynny yw, "amsugniad gwres=rhyddhau gwres," cyflawni cydbwysedd gwres.
Dim trosglwyddiad gwres net macrosgopig: Er bod gronynnau microsgopig yn dal i wrthdaro a chyfnewid ynni, o safbwynt macrosgopig, nid oes llif gwres net o fewn y system na rhwng y system a'i chyffiniau. Hynny yw, "amsugniad gwres=rhyddhau gwres," cyflawni cydbwysedd gwres. Ecwilibriwm Dynamig (Ecwilibriwm Thermodynamig) O safbwynt microsgopig, mae moleciwlau'n gyson mewn symudiad thermol ar hap, gan gyfnewid ynni'n barhaus, ond mae'r system gyfan yn arddangos math o "ecwilibriwm deinamig o fewn llonyddwch." Gelwir yr ecwilibriwm hwn yn ecwilibriwm thermodynamig, o ganlyniad i gyfreithiau ystadegol.
Uchafswm Entropi (Mewn Systemau Arunig) Yn ôl ail ddeddf thermodynameg, mae systemau ynysig yn ddigymell yn tueddu i gynyddu entropi. Pan gyrhaeddir ecwilibriwm thermol, mae'r entropi yn cyrraedd ei werth mwyaf posibl o dan yr amodau hynny, ac mae anhwylder y system ar ei uchaf. Ar y pwynt hwn, ΔS=0, ac mae'r broses yn anghildroadwy.
Isafswm Egni Rhydd Gibbs (O dan Amodau Isothermol ac Isobarig) Mewn amgylchedd agored, mae'r system yn tueddu tuag at gyflwr lleiafswm egni rhydd Gibbs (G). Pan fydd ΔG=0, mae'r system yn cyrraedd ecwilibriwm thermodynamig, ac ar y pwynt hwnnw ΔH=TΔS, sy'n nodi bod newid enthalpi a newid entropi mewn ecwilibriwm.
Bodolaeth Amrywiadau Er ei fod yn sefydlog yn facrosgopig, oherwydd bod gronynnau microsgopig yn symud ar hap, bydd cyflwr y system yn amrywio ychydig o gwmpas y gwerth ecwilibriwm, a elwir yn amrywiadau. Mewn systemau macrosgopig, mae amrywiadau yn fach iawn ac fel arfer yn ddibwys.
Sail mesur tymheredd:
Oherwydd bod gan systemau mewn ecwilibriwm thermol yr un tymheredd, gallwn ddefnyddio thermomedr i fesur tymheredd gwrthrych anhysbys trwy gyswllt thermol. Yr egwyddor hon yw sail ffisegol yr holl fesuriadau tymheredd.
Dosbarthiad ac amodau ecwilibriwm thermol:
|
Math o ecwilibriwm |
Cyflwr |
Amlygiad |
|
Cydbwysedd thermol |
Tymheredd unffurf |
dim trosglwyddo gwres |
|
Cydbwysedd mecanyddol |
Pwysedd unffurf |
dim gwahaniaeth grym macrosgopig, dim newid cyfaint na chyflymiad |
|
Cydbwysedd cemegol |
Potensial cemegol cyfartal |
dim trawsnewid sylwedd neu newid crynodiad |
|
Cydbwysedd cyfnod |
Potensial cemegol cyfartal pob cam |
dim newid cyfnod (ee, dŵr a rhew yn cydfodoli) |
Dim ond pan fydd yr holl amodau ecwilibriwm uchod yn cael eu bodloni ar yr un pryd y mae'r system yn wirioneddol mewn ecwilibriwm thermodynamig cyflawn.
Arwyddocâd ymarferol ac esboniad delfrydol:
Model delfrydol: Yn fanwl gywir, mae cydbwysedd thermol yn ei gwneud yn ofynnol i'r system gael ei hynysu'n llwyr (dim cyfnewid mater neu egni), sy'n anodd ei gyflawni mewn gwirionedd, ond gellir ei frasamcanu pan fydd y broses yn araf (ee, newidiadau cyflwr nwy mewn silindr).
Cymwysiadau eang: O ddyluniad thermomedr a dadansoddiad effeithlonrwydd injan gwres i ymchwil newid cam mewn gwyddor deunyddiau, mae'r cysyniad o gydbwysedd thermol yn hollbresennol.
Cymhariaeth cyflwr di-ecwilibriwm: Os oes gan y system fewnbwn egni di-dor (fel organebau byw neu gylchrediad atmosfferig), gall gynnal "cyflwr cyson anecwilibriwm" (strwythur dissipative), ond nid yw hyn yn dod o dan y categori ecwilibriwm thermol clasurol.
