Comprender los conceptos básicos
* Energía interna (U): Esta es la energía total almacenada dentro de un sistema debido al movimiento y la interacción de sus moléculas. Incluye energía cinética (movimiento) y energía potencial (interacciones entre moléculas).
* Equilibrio: Un sistema está en equilibrio cuando sus propiedades (temperatura, presión, composición, etc.) son constantes con el tiempo. Esto no significa que el sistema sea estático, sino que no hay un cambio neto en sus propiedades macroscópicas.
* Equilibrio estable: Un sistema en equilibrio estable volverá a su estado original después de una pequeña perturbación (perturbación). Piense en una pelota en el fondo de un tazón.
* Equilibrio no estable: Un sistema en equilibrio no estable no volverá a su estado original después de una pequeña perturbación. Se moverá a un estado diferente y más estable. Imagine una pelota equilibrada en la cima de una colina, un ligero empujón lo envía rodando.
Energía interna en equilibrio no estable
En un estado de equilibrio no estable, la energía interna no está cambiando necesariamente. Aquí está el punto clave: La energía interna está en un mínimo local, pero no el mínimo global.
Aquí hay una analogía simplificada:
Imagina un paisaje con colinas y valles. Un sistema en equilibrio no estable es como una pelota que descansa sobre una colina. Está en un "estado de equilibrio" en ese momento, pero el más mínimo empuje lo enviará rodando por la colina.
La energía interna del sistema es como la energía potencial de la pelota en la colina. El mínimo global En la energía interna es como el valle en el fondo de la colina. El sistema eventualmente se trasladará a este estado más estable, y su energía interna disminuirá a medida que lo haga.
Ejemplos en termodinámica
* Transiciones de fase: Considere un líquido sobrecalentado. Está temporalmente en un equilibrio no estable. Una pequeña perturbación puede desencadenar el líquido para vaporizar rápidamente, liberando su energía interna como calor.
* Reacciones químicas: Una mezcla de reactivos en un equilibrio no estable podría tener mayor energía interna que los productos. Una vez que continúa la reacción, la energía interna disminuirá a medida que el sistema alcance un estado más estable.
Takeaways
* La energía interna no está cambiando necesariamente en un estado de equilibrio no estable, pero no está en el valor más bajo posible.
* Las perturbaciones pequeñas pueden desencadenar un sistema para que la transfiera a un estado más estable, a menudo con un cambio en la energía interna.
* El equilibrio no estable es un estado temporal, y los sistemas tienden a moverse hacia un estado más estable (energía interna más baja) con el tiempo.
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