Gleichgewichtssystem

Gleichgewichtssystem bezeichnet in der Wissenschaft ein System, in dem sich alle relevanten Prozesse gegenseitig ausgleichen, sodass makroskopische Eigenschaften zeitlich konstant bleiben, sofern äußere Bedingungen unverändert bleiben. Je nach Fachgebiet unterscheiden sich Formen des Gleichgewichts: statisches Gleichgewicht, dynamisches Gleichgewicht und thermodynamisches Gleichgewicht.

Im Thermodynamik- und Chemie-Kontext spricht man von thermischem Gleichgewicht, wenn Temperatur, Druck und Stoffverteilung im System gleich bleiben und es keine Nettofluss von Energie oder Materie gibt. Oft tritt auch chemisches Gleichgewicht auf: Die Vorwärts- und Rückreaktionen laufen mit gleichen Geschwindigkeiten, die Zusammensetzung bleibt konstant, und das Verhältnis der Konzentrationen wird durch die Gleichgewichtskonstante K beschrieben. Das Le Chatelier-Prinzip beschreibt, wie das Gleichgewicht auf äußere Störungen reagiert.

Mechanisch betrachtet liegt Gleichgewicht vor, wenn die Summe der auf das System wirkenden Kräfte und Momente gleich Null ist. Ein ruhendes System befindet sich im statischen Gleichgewicht, ein System, das sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, spricht man von dynamischem Gleichgewicht, sofern Dämpfung vorhanden ist.

In der Mathematik und Systemtheorie wird der Begriff oft auf dynamische Systeme mit Gleichgewichtspunkten angewandt. Die Stabilität der Gleichgewichte (stabil, asymptotisch stabil, instabil) bestimmt, ob das System nach Störungen zu einem Gleichgewicht zurückkehrt.

Beispiele: ein ruhender Balken unter statischer Last; eine Flüssigkeit, die sich zu gleicher Temperatur im gesamten Gefäß ausgleicht; eine gedämpfte Feder, die nach einer Störung zum Gleichgewichtspunkt zurückkehrt.