ابزار معاملاتی

حالت تعادل

یادآوری مفهوم بار الکتریکی مثبت و منفی

قبل از اینکه در مورد صفر شدن میدان الکتریکی بین دو بار صحبت کنیم خوب است کمی مفاهیم اولیه فصل اول فیزیک یازدهم را با هم مرور کنیم.
اجسام به دو دسته خنثی و باردار دسته بندی می شوند. اجسام خنثی در اثر گرفتن الکترون دارای بار منفی و در اثر از دست دادن الکترون دارای بار مثبت می شوند. فرمول بار الکتریکی اجسام باردار از رابطه q=±ne بدست می آید. اجسام دارای بار الکتریکی منفی و مثبت بر یکدیگر نیروی جاذبه و اجسام دارای بار مشابه ( مثبت-مثبت ، منفی-منفی ) بر یکدیگر نیروی دافعه طبق فرمول زیر وارد می کنند. بنابراین اگر سه بار الکتریکی در محل های مناسبی قرار بگیرند در محل قرارگیری یکی از این سه بار صفر شدن میدان الکتریکی برایند رخ می‌دهد.

فرمول بار الکتریکی میان اجسام باردار
( قانون کولن )

تعادل بین سه بارالکتریکی یعنی چه؟

همانطور که گفته شد اجسام باردار بر یکدیگر نیروی جاذبه و دافعه وارد می کنند . تصور کنید در امتداد یک خط ، دو بار الکتریکی A و B قرار گرفته اند ، اگر بار سوم C را در امتداد همین دوبار در محل مناسبی قرار بدهیم به نحوی که نیروهای جاذبه یا دافعه دو بار اولیه A و B بر روی بار سوم همدگیر را خنثی کنند در این صورت گفته می شود که تعادل بین سه بار الکتریکی در محل بار C برقرار شده است یعنی نیرویی که بار A بر بار C وارد می کند با نیرویی که بار B بر بار C وارد می کند خنثی می شود برای درک بهتر به تصویر زیر دقت کنید. یعنی در این حالت برایند نیروها بر روی محل بار سوم برابر شده و همچنین در این نقطه میدان الکتریکی از طرف دو بار دیگر صفر می‌شود.

محل تعادل بار سوم به چه پارامترهایی بستگی دارد؟

نقطه تعادل بین بارهای الکتریکی به منفی و مثبت بودن بارها و همچنین بزرگی و کوچکی آنها بستگی دارد و همیشه نقطه تعادل نزدیک بار کوچکتر است. یعنی به بیان ساده‌تر همیشه برایند نیروها و میدان الکتریکی نزدیک بار کوچکتر صفر می‌شود.

تشخیص محل دقیق صفر شدن میدان الکتریکی

برای اینکه بدرستی محل تعادل بارهای الکتریکی رو تشخیص به نکات زیر دقت کنید :
نکته 1: بار سوم همیشه همیشه نزدیک بار کوچکتر به حالت تعادل می رسد. ( میدان الکتریکی نزدیک بار کوچکتر صفر می‌شود)
نکته 2: اگه دو بار الکتریکی همنام بودند ، در این صورت بار سوم در محلی بین دوبار الکتریکی و نزدیک به بار کوچکتر به تعادل می رسد.
نکته 3: اگه دو بار الکتریکی ناهمنام بودند ، در این صورت بار سوم در محلی نزدیک به بار کوچکتر و خارج از دو بار به تعادل می رسد.

مثال 1 : بارالکتریکی 2 میکروکولنی و 8 میکروکولنی در فاصله 30 سانتی متری از هم قرار گرفته اند ، بار سوم 1 میکروکولنی در چه فاصله ای از بار کوچکتر باید قرار بگیرد که در حالت تعادل باقی بماند؟ (میدان الکتریکی در آن نقطه صفر شود)

برای حل این سوال باید در نظر داشته باشیم که قراره برایند نیروها در محل قرار گرفتن بار سوم صفر بشه پس نیرویی که بار 2 میکروکولنی به بار 1 میکروکولنی وارد میکنه دقیقا برابر همون نیرویی هست که از طرف بار 8 میکروکولنی به بار میانی یعنی بار 1 میکروکولنی وارد میشه ، پس بنابراین با حل یک معادله میشه به جواب مورد نظر رسید. برای درک بهتر به تصویر زیر دقت کنید.

برای جواب دادن به این سوال باید گام های زیر رو طی کنیم .

گام اول: محل قرار گرفتن بار سوم رو تا بار کوچکتر رو x در نظر میگیریم
گام دوم: محل قرار گرفتن بار سوم یک میکروکولنی رو تا بار بزرگتر 30-x در نظر می گیریم.
گام سوم: نیروی وارد بر بار میانی از طرف دو بار 2 و 8 میکروکولنی خنثی می شود پس این نیروها با هم برابر هستند و میتوان فرمول زیر رو برای اونها در نظر گرفت.

F 2 , 1 = F 8 , 1 → k × 2 × 1 x 2 = k × 8 × 1 ( 30 − x ) 2 → 2 x 2 = 8 ( 30 − x ) 2 ⇒ 1 x 2 = 4 ( 30 − x ) 2 → ….. 1 x 2 = 4 ( 30 − x ) 2 ⇒ 1 x = 2 30 − x → 2 x = 30 − x → 3 x = 30 → x = 10

مثال 2: بارهای 50 میکروکولنی و 2- میکروکولنی در فاصله 60 سانتی متری از هم قرار دارند ، در این صورت بار سوم 4 میکروکولنی را در چه فاصله ای از بار کوچکتر قرار دهیم تا به حالت تعادل برسند؟(میدان الکتریکی در آن نقطه صفر شود)

برای حل این سوال ابتدا به تصویر زیر دقت کنید تا درک بهتری نسبت به مساله داشته باشید سپس گام های زیر رو قدم به قدم طی کنید تا به جواب نهایی برسید.

گام اول: محل قرار گرفتن بار سوم رو تا بار کوچکتر رو x در نظر میگیریم
گام دوم: نیروی وارد بر بار سوم در محلی خارج از دو بار و نزدیک بار کوچکتر صفر می شود بنابراین فاصله بار 50 میکروکولنی با محل تعادل 40+x خواهد بود
گام سوم: همانند مثال قبلی از آنجایی که برایند نیروها در محل مورد نظر خنثی می شوند ، خواهیم داشت :

F − 2 μ c , 4 μ c = F 50 μ c , 4 μ c → k × 2 × 4 x 2 = k × 50 × 4 ( 60 + x ) 2 ⇒ 1 x 2 = 25 ( 60 − x ) 2 → ….. 1 x 2 = 25 ( 60 + x ) 2 ⇒ 1 x = 5 60 + x → 5 x = 60 + x → 4 x = 60 → x = 15 c m

دانلود بررسی حالت تعادل و انرژی گیبس در ترمودینامیک و اثرهای فشار و تغییرات فازی| شناسه فایل 30020792

اساسی ترین کاربرد ترمودینامیک در متالوژی فیزیکی پیش بینی حالت تعادل برای یک آلیاژ است .

در بررسی های مربوط به دگرگونی های فازی ما همیشه با تغییر سیستم به سمت تعادل روبه رو هستیم. بنابراین ترمودینامیک به صورت یک ابزار بسیار سودمند می تواند عمل کند. باید توجه داشت که ترمودینامیک به تنهایی نمی تواند سرعت رسیدن به حالت تعادل را تعیین کند .

یک فاز به عنوان بخشی از یک سیستم تعریف می شود که دارای خصوصیات و ترکیب شیمیایی یکنواخت و همگنی بوده و از نظر فیزیکی از دیگر بخشهای سیستم جداشدنی است . اجزای تشکیل دهنده یک سیستم خاص عناصر مختلف یا ترکیب های شیمیایی است که سیستم را بوجود می آورد و ترکیب شیمیایی یک فاز یا یک سیستم را می توان با مشخص کردن مقدار نسبی هر جزء تشکیل دهنده تعیین کرد .

به طور کلی دلیل رخداد یک دگرگونی این است که حالت اولیه یک آلیاژ نسبت به حالت نهایی ناپایدارتر است اما پایداری یک فاز چگونه تعیین می شود ؟ این پرسش به وسیله ترمودینامیک پاسخ داده می شود . برای دگرگونی هایی که در دما و فشار ثابت رخ می دهد پایداری نسبی یک سیستم از انرژی آزاد گیبس G آن سیستم مشخص می شود .

انرژی آزاد گیبس یک سیستم به صورت زیر تعریف می شود :

که حالت تعادل حالت تعادل H آنتالپی T دمای مطلق و S آنتروپی سیستم است . آنتالپی میزان گنجایش حرارتی سیستم مورد نظر است و به وسیله رابطه زیر بیان می شود.

که E انرژی درونی سیستم P فشار و V حجم سیستم است . انرژی درونی مجموع انرژی های پتانسیل و جنبشی اتم های درون یک سیستم است. در جامدات انرژی جنبشی تنها ناشی از حرکت ارتعاشی اتم ها است در حالی که در مایعات و گاز ها انرژی جنبشی افزون بر حرکت ارتعاشی اتم ها انرژی انتقالی و انرژی دورانی اتم ها و مولکول ها و گاز ها انرژی جنبشی افزون بر حرکت ارتعاشی اتم ها انرژی انتقالی و انرژی دورانی اتم ها و مولکول های داخل یک مایع یا گاز را نیز در برمیگیرد . انرژی پتانسیل نیز بر اثر اندرکنش ها یا پیوند بین اتم های درون یک سیستم به وجود می آید . هنگامی که یک دگرگونی یا واکنش رخ می دهد حرارت جذب شده یا حرارت آزاد شده به تغییرات در انرژی درونی سیستم ارتباط پیدا می کند اما تغییرات حرارت تابعی از تغییر حجم سیستم نیز بوده و عبارت PV نمایانگر این موضوع است بنابراین در فشار ثابت تغییرات H نشانگر حرارت جذب شده یا آزاد شده است.

هنگامی که یک فاز متراکم (جامد یا مایع) را بررسی می کنیم و عبارت PV در مقایسه با E مقدار بسیار کوچکی است که آن را نادیده می گیرند و .

عبارت دیگری که در رابطه مربوط به G پدیدار می شود آنتروپی ( S ) بوده که بیانگر میزان بی نظمی سیستم است .

هنگامی یک سیستم را در ( حالت ) تعادل می دانند که در پایدارترین حالت خود قرار گرفته باشد یعنی با گذشت زمان هیچ تغییری در سیستم ایجاد نشود . یک نتیجه مهم از قوانین ترمودینامیک کلاسیک این است که در دما و فشار ثابت یک سیستم بسته ( یعنی سیستمی که جرم و ترکیب شیمیایی آن ثابت است ) هنگامی در تعادل پایدار قرار دارد که انرژی آزاد گیپس آن کمترین مقدار ممکن را داشته باشد یا به شکل ریاضی :

با توجه به تعریف G ( معادله 1-1 ) ملاحظه می شود که پایدارترین حالت هنگامی رخ می دهد که سیستم کمترین آنتالپی و بیشترین آنتروپی را دارا باشد . بنابراین در دماهای پایین فازهای جامد پایدارتر است چون قویترین اتصال بین اتمی را داشته بنابراین کمترین انرژی درونی ( آنتالپی ) را دارد . در دماهای بالا چون عبارت TS - عبارت غالب است بنابراین فازهایی با بی نظمی بیشتر همچون مایعات و گازها که اتم های آنها به آسانی حرکت کرده و جابه جا می شود پایدارتر است .

تعادل که به وسیله معادله 3-1 تعریف می شود را می توان به صورت ترسیمی نیز نشان داد . اگر انرژی آزاد تمام حالت های فرضی ممکن یک سیستم را محاسبه کنیم آرایش پایدار حالتی خواهد بود که انرژی آزاد آن کمترین مقدار است . این موضوع در شکل یک نشان داده شده است و با این فرض که انرژی مربوط به هر یک از آرایش های اتمی مختلف به صورت نقطه ای روی منحنی موجود حالت تعادل قرار می گیرد آرایش یا نظم A نشانگر وجود تعادل پایدار است . در این نقطه تغییرات کوچک در ترتیب اتم ها با یک تقریب مرتبه اول تغییری در G ایجاد نمی کند یعنی معادله 3-1 برقرار است . اگر چه همیشه آرایش ها و نظم های دیگری مانند B وجود دارد که در آن نقاط انرژی آزاد به طور موضعی کمینه است و معادله 3-1 را نیز تصدیق می کند ولی کمترین مقدار ممکن G را ندارد . چنین حالت ها یا آرایش هایی را به منظور جدا کردن از حالت پایدار حالت تعادل نیمه پایدار می نامند . حالت های میانی که را حالت ناپایدار می نامند و فقط در کارهای عملی و به طور لحظه ای هنگام انتقال از یک حالت پایدار به حالت دیگر به وجود می آید . اگر بر اثر نوسان های دمایی اتم ها یک نظم یا آرایش حالت میانی بیاید این نظم بسرعت تغییر می کند و اتم ها دوباره نظم یکی از حالت های دارای انرژی آزاد کمینه را به خود می گیرند . اگر بواسطه تغییری در دما یا فشار برای مثال یک سیستم از حالت پایدار به حالت نیمه حالت تعادل پایدار حرکت کند با گذشت زمان سیستم به حالت تعادل پایدار جدیدی تغییر حالت می دهد .

شرایط کشور از لحاظ کالایی در حالت تعادل است

معاون وزیر صنعت، معدن و تجارت گفت: کشور ایران امروز با وجود تحریم‌های ظالمانه دشمنان و آثار منفی شیوع بیماری کرونا بر اقتصاد، از لحاظ کالایی در تعادل نسبی قرار دارد و فروشگاه‌ها تا سقف پراز اجناس مختلف است.

معاون وزیر صنعت، معدن و تجارت گفت: کشور ایران امروز با وجود تحریم‌های ظالمانه دشمنان و آثار منفی شیوع بیماری کرونا بر اقتصاد، از لحاظ کالایی در تعادل نسبی قرار دارد و فروشگاه‌ها تا سقف پراز اجناس مختلف است.

یزدان سیف در نشست مشترک کارگروه تنظیم بازار، گندم، آرد و نان استان بوشهر افزود: این در شرایطی است در کشورهایی که تحت هیچ تحریمی قرار ندارند با شیوع کرونا با مشکل جدی در زمینه تامین کالاهای مورد نیاز روبرو شدند. وی گفت: امریکا تصور می‌کرد با اعمال تحریم‌ها در ایران قحطی می‌آید و از مردم خواست تا به فروشگاه‎ها مراجعه و هر آنچه در آنها هست را خریداری کنند تا دولت ایران در زمینه تامین کالاهای مورد نیاز مردم با مشکل روبرو شود اما وجود این دشواری‌ها اکنون در شهریور ماه سال ۹۹ کشور پایدارتر از گذشته است. سیف گفت: دشمنان تا امروز به هدف خود دست نیافته‌اند که این علاوه بر لطف خدا از وجود انسان‌هایی است که با تمام وجود در راه عزت بزرگی و اقتدار ایران گام برمی‌دارند. وی اظهار کرد: هر کس در سطح خودش باید برای کشور حلال مشکلات باشد تا از این شرایط سخت کنونی عبور کنیم. مدیرعامل شرکت بازرگانی دولتی ایران درباره وضعیت نهاده‌های دامی در کشور گفت: از ابتدای سال جاری ۷۰۰ هزار تن ذخایر نهاده‌های دامی و سویا در کشور موجود بود که از این مقدار بخش زیادی توزیع و جایگزین آن شده است. وی یادآور شد: نزدیک به ۷۰۰ تا ۸۰۰ هزار تن از محل دانه‌های روغنی کنجاله استحصال و در کشور بین دامداران و مرغداران توزیع شده است. سیف اظهار کرد: کل مصرف کشور در بخش نهاده‌های دامی و سویا سه میلیون و ۸۰۰ هزار تا چهار میلیون تن است که تنها بخش بسیار اندکی در این بخش کمبود وجود داشت. وی تاکید کرد: با توجه به اینکه نهاده‎های دامی در سخت‌ترین شرایط کشور تامین می‌شود دستگاه‌ها باید تلاش کنند تا تامین و توزیع نهاده‌ها به صورت مناسبی صورت گیرد. معاون وزیر صمت افزود: همچنین نظارت کامل بر توزیع کالاهای اساسی که ارز چهارهزار و ۲۰۰ تومانی دارند، ضروری است. وی تاکید کرد: دشمن بر اشتغال کشور و نهاده‎های تولید تمرکز کرده که برای مقابله با آنها تامین نقدینگی و نهاده‌های مورد نیاز تولیدکنندگان در سال جهش تولید ضروری است.

مقالات مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

برو به دکمه بالا