حالة مستقرة

يشرح هذا المقال ما هي الحالة المستقرة وتطبيقاتها في المجالات العلمية المختلفة وأيضا ما هو الفرق بين الحالة الثابتة والحالة العابرة.

ما هي الحالة المستقرة؟

الحالة الثابتة هي الحالة التي يكون فيها النظام إذا ظلت جميع المتغيرات التي تحدد سلوكه ثابتة. بمعنى آخر، يكون النظام في حالة مستقرة إذا لم تتغير قيمة جميع متغيراته.

رياضياً، يكون النظام أو العملية في حالة مستقرة إذا كانت المشتقات الجزئية لجميع خصائصها (p) بالنسبة للزمن (t) تساوي صفراً.

مما يعني أن المعادلة التالية صالحة لفترات زمنية منفصلة:

في الفيزياء، تُعرف الحالة المستقرة بأنها الحالة التي يكون فيها النظام عندما لا تتغير خصائصه مع مرور الوقت، مثل الموقع ودرجة الحرارة والطاقة الداخلية وما إلى ذلك. تظل ثابتة.

تطبيقات الحالة المستقرة

وسنرى بعد ذلك ما تعنيه الحالة المستقرة حسب مجال تطبيقها.

الديناميكا الحرارية

في الديناميكا الحرارية، الحالة المستقرة هي الحالة التي يكون فيها النظام المفتوح في حالة توازن والتي لا تتغير فيها متغيرات الحالة (درجة الحرارة والحجم والضغط وما إلى ذلك).

وبالتالي، فإن وظائف الحالة (الإنتروبيا، المحتوى الحراري، الطاقة الداخلية، وما إلى ذلك) لا تتغير بمرور الوقت أيضًا. وبالتالي فإن الإنتروبيا المتولدة في الحالة المستقرة تكون في حدها الأدنى.

كيمياء

في الكيمياء، وخاصة في دراسة التفاعلات الكيميائية، يتم الوصول إلى حالة التوازن عندما لا تتغير تركيزات المركبات الكيميائية المختلفة مع مرور الوقت.

عند إجراء تفاعل كيميائي مع خليط من عناصر كيميائية مختلفة، فإن تركيزات العناصر المختلفة في التفاعل تتغير مع مرور الوقت. وهكذا يتم الوصول إلى حالة التوازن عندما تظل التركيزات ثابتة.

ميكانيكي

في الهندسة الميكانيكية، الحالة المستقرة هي حالة التوازن التي يتم تحقيقها عندما يتم تطبيق قوة دورية على نظام ميكانيكي ويمر قدر معين من الوقت حتى تظل المتغيرات التي تحددها ثابتة.

على سبيل المثال، عندما تؤثر قوة على البندول، فإنه يبدأ في الاهتزاز حتى يتوقف تمامًا بسبب الاحتكاك بين البندول والهواء. ومن ثم، فإن جميع المتغيرات التي تحدد حركة البندول ستكون صفرًا ولن تتغير قيمتها إذا لم يتم تطبيق أي قوة أخرى على البندول.

إلكتروني

في الإلكترونيات، يعتبر النظام في حالة مستقرة عندما لا تكون تأثيرات العابرين مهمة.

عادةً، عندما يتم توصيل نظام إلكتروني بتيار كهربائي ويبدأ في العمل، يمر قدر معين من الوقت حتى يصل إلى حالة التشغيل الطبيعية.

لذلك من المهم تحديد متى يكون النظام الإلكتروني في حالة مستقرة، حيث أن خصائصه وقدراته ستختلف حسب ما إذا كان في حالة عابرة أو مستقرة.

اقتصاد

في الاقتصاد، تكون المنطقة في حالة مستقرة عندما يكون لديها عدد ثابت من السكان الذين يكون استهلاكهم مستقرًا أيضًا، علاوة على ذلك، يكون استهلاك السكان أقل من الطاقة القصوى للمنطقة.

في النموذج الاقتصادي لروبرت سولو وتريفور سوان، تحدث الحالة المستقرة عندما يساوي إجمالي استثمار رأس المال الاستهلاك ويصل الاقتصاد إلى التوازن الاقتصادي.

الحالة المستقرة والحالة العابرة

في هذا القسم، سوف نرى الفرق بين الحالة المستقرة والحالة العابرة.

الحالة العابرة ، وتسمى أيضًا الحالة غير الثابتة ، هي حالة النظام حيث تتغير قيمة المتغيرات التي تحدد سلوكه بمرور الوقت.

ولذلك فإن الفرق بين الحالة المستقرة والحالة العابرة (أو الحالة غير المستقرة) هو ما إذا كانت المتغيرات ثابتة أم لا. في الحالة المستقرة تبقى المتغيرات ثابتة، أما في الحالة العابرة فإن المتغيرات تتغير قيمتها.

في الغالبية العظمى من الحالات، للوصول إلى حالة مستقرة، يجب عليك أولاً المرور بحالة عابرة، بحيث تستقر المتغيرات وتبقى ثابتة بعد فترة زمنية معينة.