Dit artikel legt uit wat steady state is, de toepassingen ervan op verschillende wetenschappelijke gebieden en ook wat het verschil is tussen een stationaire toestand en een voorbijgaande toestand.
Wat is een stabiele toestand?
Steady state is een toestand waarin een systeem zich bevindt als alle variabelen die het gedrag bepalen constant blijven. Met andere woorden: een systeem bevindt zich in een stabiele toestand als al zijn variabelen niet van waarde veranderen.
Wiskundig gezien bevindt een systeem of proces zich in een stabiele toestand als de partiële afgeleiden van al zijn eigenschappen (p) met betrekking tot de tijd (t) nul zijn.
Dat betekent dat de volgende vergelijking geldig is voor discrete tijdsperioden:
In de natuurkunde wordt steady state gedefinieerd als de toestand waarin een systeem zich bevindt wanneer de kenmerken ervan niet variëren in de tijd, zoals positie, temperatuur, interne energie, enz. ze blijven constant.
Steady State-toepassingen
Vervolgens zullen we zien wat de steady state betekent, afhankelijk van het toepassingsgebied ervan.
Thermodynamica
In de thermodynamica is de stabiele toestand de toestand waarin een open systeem in evenwicht is en waarin de toestandsvariabelen (temperatuur, volume, druk, enz.) Niet veranderen.
De toestandsfuncties (entropie, enthalpie, interne energie, enz.) variëren dus ook niet in de tijd. De entropie die in stabiele toestand wordt gegenereerd, is daarom minimaal.
Scheikunde
In de scheikunde, vooral bij de studie van chemische reacties, wordt de evenwichtstoestand bereikt wanneer de concentraties van verschillende chemische verbindingen in de loop van de tijd niet variëren.
Wanneer een chemische reactie wordt uitgevoerd met een mengsel van verschillende chemische elementen, veranderen de concentraties van de verschillende elementen in de reactie in de loop van de tijd. De evenwichtstoestand wordt dus bereikt als de concentraties constant blijven.
Mechanisch
In de machinebouw is steady state de evenwichtstoestand die wordt bereikt wanneer een periodieke kracht wordt uitgeoefend op een mechanisch systeem en er een bepaalde tijd verstrijkt totdat de variabelen die het definiëren constant blijven.
Wanneer er bijvoorbeeld een kracht op een slinger wordt uitgeoefend, begint deze te oscilleren totdat hij volledig stopt als gevolg van de wrijving tussen de slinger en de lucht. Dan zullen alle variabelen die de beweging van de slinger definiëren nul zijn en hun waarde niet veranderen als er geen andere kracht op de slinger wordt uitgeoefend.
elektronisch
In de elektronica wordt aangenomen dat een systeem zich in een stabiele toestand bevindt wanneer de effecten van transiënten niet langer significant zijn.
Wanneer een elektronisch systeem wordt aangesloten op een elektrische stroom en begint te werken, verstrijkt er doorgaans een bepaalde tijd totdat het de normale bedrijfstoestand bereikt.
Het is daarom belangrijk om te bepalen wanneer het elektronische systeem zich in een stabiele toestand bevindt, aangezien de kenmerken en mogelijkheden ervan zullen verschillen, afhankelijk van of het zich in een voorbijgaande of stabiele toestand bevindt.
Economie
In de economie verkeert een regio in een stabiele toestand wanneer deze een stabiel aantal inwoners heeft waarvan de consumptie ook stabiel is en bovendien de consumptie van de bevolking lager is dan de maximale capaciteit van de regio.
In het economische model van Robert Solow en Trevor Swan treedt een stabiele toestand op wanneer de bruto kapitaalinvesteringen gelijk zijn aan de afschrijvingen en de economie een economisch evenwicht bereikt.
Stabiele toestand en voorbijgaande toestand
In deze sectie zullen we het verschil zien tussen steady state en transient state.
De voorbijgaande toestand , ook wel niet-stationaire toestand genoemd, is de toestand van een systeem waarin de variabelen die het gedrag ervan bepalen, in de loop van de tijd van waarde variëren.
Daarom is het verschil tussen stabiele toestand en voorbijgaande toestand (of onstabiele toestand) de vraag of de variabelen constant zijn of niet. In een stabiele toestand blijven de variabelen constant, maar in een voorbijgaande toestand veranderen de variabelen van waarde.
In de overgrote meerderheid van de gevallen moet je, om een stabiele toestand te bereiken, eerst door een overgangstoestand gaan, zodat de variabelen na een bepaalde tijd stabiliseren en constant blijven.