Rovnovážny stav sústavy

Telesá môžu mať rôznu teplotu, tlak, objem, rôzne chemické zloženie, rôzne skupenstvo alebo rôzne usporiadanie častíc v látke (napr. atómy uhlíka sú inak usporiadané v diamante a inak v grafite). Hovoríme, že telesá sa nachádzajú v rôznych stavoch. Stav telies ovplyvňujú ich vonkajšie podmienky. Ak skúmame stav skupiny telies, potom túto sústavu nazývame termodynamická sústava alebo skrátene sústava. V niektorých prípadoch ju môže tvoriť len jedno teleso. Sústavou je napr. plyn uzavretý vo valci s pohyblivým piestom alebo voda a jej para uzavreté v sklenenej banke.

Veličiny, ktoré charakterizujú stav termodynamickej sústavy, nazývame stavové veličiny. Sú to napr. teplota, tlak, objem, energia.

Zmena vonkajších podmienok sústavy spôsobí jej stavovú zmenu, pričom sústava prejde z tzv. počiatočného stavu do konečného stavu. Pri stavovej zmene sústavy dochádza k zmenám stavových veličín.

Každá sústava, ktorá je od určitého okamihu v nemenných vonkajších podmienkach, prejde po uplynutí dostatočne dlhého času do stavu, kedy sa už hodnoty stavových veličín sústavy nemenia (sú konštantné). Tento stav sústavy nazývame rovnovážny stav. Sústava zotrváva v rovnovážnom stave do chvíle, kedy sa vonkajšie podmienky sústavy začnú meniť. Z poznatkov kinetickej teórie látok a z počtu pravdepodobnosti vyplýva, že rovnovážny stav sústavy je pri nemenných vonkajších podmienkach stavom s najväčšou pravdepodobnosťou výskytu. V rovnovážnom stave sústava napr. nemení svoj objem, tlak ani teplotu, neprebiehajú v nej zmeny skupenstva či chemické reakcie. No aj v rovnovážnom stave prebiehajú v sústave tzv. mikroskopické deje: častice konajú tepelný pohyb, navzájom do seba narážajú, vymieňajú si energiu a pod.

Dej, pri ktorom je termodynamická sústava v každom momente v stave termodynamickej rovnováhy, nazývame rovnovážny dej. Takto sme definovali ideálny prípad rovnovážneho deja. V skutočnosti, ak má v sústave prebehnúť rovnovážny dej, musí táto sústava postupne prechádzať za sebou nasledujúcimi stavovými zmenami, pričom na konci každej musí nadobudnúť vždy rovnovážny stav. To si však vyžaduje dostatočne dlhý čas, preto rovnovážne deje prebiehajú v skutočnosti dostatočne pomaly. Napr. pomalé stláčanie plynu uzavretého vo valci s piestom, pomalé ohrievanie/ochladzovanie kvapaliny.

V realite však prebiehajú najmä nerovnovážne deje, pre ktoré je charakteristický krátky čas trvania – napr. rýchle stlačenie plynu, prudké ochladenie kvapaliny, náhle ohnutie drôtu a pod.