Gleichgewichtszustände

Gleichgewichtszustände bezeichnet in der Wissenschaft einen Zustand eines Systems, in dem sich die makroskopischen Eigenschaften nicht mehr ändern, obwohl auf mikroskopischer Ebene Vorgänge weiter ablaufen. Solche Zustände entstehen, wenn Prozesse sich gegenseitig ausgleichen oder externe Bedingungen konstant gehalten werden.

Thermisches Gleichgewicht bedeutet, dass die Temperatur im gesamten System einheitlich ist. In diesem Zustand gibt es keinen netten Wärmefluss zwischen Teilsystemen, und die Entropie nimmt unter den gegebenen Randbedingungen einen maximalen Wert an.

Mechanisches Gleichgewicht liegt vor, wenn die Summe der auf alle Teile wirkenden Kräfte und Drehmomente Null ist. In einem statisch gleichgewichtigen System gibt es keinen Nettoverlauf von mechanischen Größen, und die Struktur bleibt unverändert.

Chemisches Gleichgewicht beschreibt den Zustand einer Reaktion, bei dem Vorwärts- und Rückwärtsreaktion mit der gleichen Geschwindigkeit laufen. Die Konzentrationen der Reaktanden und Produkte bleiben konstant. Unter konstanten Temperatur- und Druckbedingungen gilt Q = K, und das System minimiert die Gibbsche Freie Energie.

Phasen- oder Phasen-Gleichgewicht tritt auf, wenn verschiedene Phasen einer Substanz koexistieren und ihre chemischen Potenziale gleich sind. Beispiele sind Eis-Wasser-Gas-Phasen bei der entsprechenden Temperatur und Drucklage. Dynamische Gleichgewichte bezeichnen Situationen, in denen laufende Prozesse weiterhin stattfinden, sich aber im Gleichgewichtszustand gegenseitig ausbalancieren.

Gleichgewichtszustände dienen als zentrale Referenz in Physik, Chemie, Materialwissenschaft und Ingenieurwesen, um Prozesse zu beschreiben, zu vergleichen und zu prognostizieren.