ESTADO DE EQUILIBRIO TERMODINÁMICO

El conjunto de individualidades que constituye un sistema puede presentarse en distintas formas, a cada una de ellas le denominamos estado del sistema. Desde un punto de vista macroscópico, el estado del sistema viene definido por el valor de sus propiedades termodinámicas.


Cuando un sistema termodinámico se encuentra en un estado caracterizado porque sus variables de estado no varían con el tiempo, decimos que este se encuentra en un estado estacionario.
Matemáticamente esto se expresa mediante el uso de la derivada parcial:

El estudio de los estados estacionarios afecta de manera notoria a la transmisión del calor. Un  ejemplo de este tipo de estado es el de una barra metálica que es calentada por uno de sus extremos

Como consecuencia la temperatura de la barra aumentará, estableciéndose un gradiente de temperatura a lo largo de la misma; es decir, la barra no tendrá la misma temperatura en toda su longitud.

El proceso de calentamiento no perdura indefinidamente, ya que se producirá, en un instante determinado, una situación en la cual la cantidad de calor que recibe la barra será igual a la que cede a sus alrededores y a partir de este instante la temperatura de cada punto de la barra no cambiará, alcanzándose el estado estacionario.

Llamemos x a la coordenada longitudinal a través de la barra, y T a la temperatura de la misma, en el estado estacionará se cumplirá que:

es decir, la temperatura en cada punto de la barra permanece constante a lo largo del tiempo, pero varía de punto a punto, a lo largo de la longitud de la barra.

Pues bien, si el estado del sistema no varía el valor de las variables termodinámicas con el tiempo, y éste es el mismo en todos los puntos del sistema, entonces se dice que este se encuentra en un estado de equilibrio termodinámico. Siendo P una propiedad cualquiera:

Por tanto, en un estado de equilibrio termodinámico, las propiedades del sistema tienen un valor único, por ello existe una correspondencia biunívoca (asocia a cada elemento de un conjunto, uno y solo un elemento de otro conjunto, y a cada elemento este conjunto con uno, y solo uno de los elementos de aquel; "como un matrimonio") entre los estados de equilibrio de los sistemas termodinámicos y los puntos de los diagramas construidos tomando como coordenadas el valor de las propiedades de los sistemas (diagrama termodinámico).

Es característico del estado de equilibrio termodinámico de un sistema el hecho de que resulta imposible un cambio espontáneo de su estado. Ello lleva consigo la ausencia de transformaciones macroscópicas internas, lo cual exige:

• Equilibrio Térmico._ La temperatura en todos los puntos del sistema debe ser la misma.
• Equilibrio Mecánico._ La presión tiene el mismo valor en todos los puntos del sistema.
• Equilibrio Químico._ Ausencia de reacciones químicas dentro del sistema, es decir, que la composición del mismo no varíe con el tiempo.

El estudio de las propiedades macroscópicas que exhiben los sistemas en los estados de equilibrio termodinámico, recae en la Termostática o Termodinámica del Equilibrio.