El equilibrio termodinámico es un concepto axiomático de la termodinámica . Es un estado interno de un solo sistema termodinámico , o una relación entre varios sistemas termodinámicos conectados por paredes más o menos permeables o impermeables . En equilibrio termodinámico no hay flujos macroscópicos netos de materia o de energía , dentro de un sistema o entre sistemas. En un sistema que se encuentra en su propio estado de equilibrio termodinámico interno, no se produce ningún cambio macroscópico .
Los sistemas en equilibrio termodinámico mutuo están simultáneamente en equilibrios térmicos , mecánicos , químicos y radiativos mutuos . Los sistemas pueden estar en un tipo de equilibrio mutuo, mientras que en otros no. En el equilibrio termodinámico, todos los tipos de equilibrio se mantienen a la vez e indefinidamente, hasta que se perturban por una operación termodinámica . En un equilibrio macroscópico, ocurren intercambios microscópicos perfectamente o casi perfectamente equilibrados; esta es la explicación física de la noción de equilibrio macroscópico.
Un sistema termodinámico en un estado de equilibrio termodinámico interno tiene una temperatura espacialmente uniforme . Sus propiedades intensivas , además de la temperatura, pueden ser conducidas a la falta de homogeneidad espacial por un campo de fuerza invariable de largo alcance impuesto por su entorno.
En los sistemas que se encuentran en estado de no equilibrio hay, por el contrario, flujos netos de materia o energía. Si tales cambios pueden activarse para que ocurran en un sistema en el que aún no están ocurriendo, se dice que el sistema está en un equilibrio metaestable .
Aunque no es una "ley" ampliamente conocida, es un axioma de la termodinámica que existen estados de equilibrio termodinámico. La segunda ley de la termodinámica establece que cuando un cuerpo aislado de material parte de un estado de equilibrio, en el que partes del mismo se mantienen en diferentes estados mediante tabiques más o menos permeables o impermeables, y una operación termodinámica elimina o hace más permeables los tabiques. , luego alcanza espontáneamente su nuevo estado de equilibrio termodinámico interno, y esto va acompañado de un aumento en la suma de las entropías de las porciones.
La termodinámica clásica se ocupa de los estados de equilibrio dinámico . El estado de un sistema en equilibrio termodinámico es aquel para el que se minimiza algún potencial termodinámico (en ausencia de un voltaje aplicado), [1] o para el que se maximiza la entropía ( S ), para condiciones específicas. Uno de estos potenciales es la energía libre de Helmholtz ( A ), para un sistema cerrado a volumen y temperatura constantes (controlado por un baño de calor):