Este artigo explica o que é o estado estacionário, suas aplicações em diferentes campos científicos e também qual a diferença entre um estado estacionário e um estado transitório.
O que é estado estacionário?
O estado estacionário é um estado em que um sistema se encontra se todas as variáveis que definem seu comportamento permanecerem constantes. Em outras palavras, um sistema está em estado estável se todas as suas variáveis não mudam de valor.
Matematicamente, um sistema ou processo está em estado estacionário se as derivadas parciais de todas as suas propriedades (p) em relação ao tempo (t) forem zero.
O que significa que a seguinte equação é válida para períodos discretos de tempo:
Na física, estado estacionário é definido como o estado em que um sistema se encontra quando suas características não variam com o tempo, como posição, temperatura, energia interna, etc. eles permanecem constantes.
Aplicações em estado estacionário
Veremos então o que significa o estado estacionário de acordo com o seu domínio de aplicação.
Termodinâmica
Na termodinâmica, o estado estacionário é o estado em que um sistema aberto está em equilíbrio e no qual as variáveis de estado (temperatura, volume, pressão, etc.) não mudam.
Assim, as funções de estado (entropia, entalpia, energia interna, etc.) também não variam ao longo do tempo. A entropia gerada no estado estacionário é, portanto, mínima.
Química
Na química, particularmente no estudo das reações químicas, o estado de equilíbrio é alcançado quando as concentrações dos diferentes compostos químicos não variam ao longo do tempo.
Quando uma reação química é realizada com uma mistura de diferentes elementos químicos, as concentrações dos diferentes elementos na reação mudam ao longo do tempo. Assim, o estado de equilíbrio é alcançado quando as concentrações permanecem constantes.
Mecânico
Na engenharia mecânica, estado estacionário é o estado de equilíbrio alcançado quando uma força periódica é aplicada a um sistema mecânico e passa um certo tempo até que as variáveis que o definem permaneçam constantes.
Por exemplo, quando uma força é exercida sobre um pêndulo, ele começa a oscilar até parar completamente devido ao atrito entre o pêndulo e o ar. Então, todas as variáveis que definem o movimento do pêndulo serão zero e não mudarão de valor se nenhuma outra força for aplicada ao pêndulo.
eletrônico
Na eletrônica, considera-se que um sistema está em estado estacionário quando os efeitos dos transientes não são mais significativos.
Normalmente, quando um sistema eletrônico é conectado a uma corrente elétrica e começa a operar, passa um certo tempo até que ele atinja seu estado operacional normal.
Portanto, é importante determinar quando o sistema eletrônico está em estado estável, uma vez que suas características e capacidades serão diferentes dependendo se ele está em estado transitório ou estável.
Economia
Em economia, uma região encontra-se num estado estável quando tem um número estável de habitantes cujo consumo também é estável e, além disso, o consumo da população é inferior à capacidade máxima da região.
No modelo económico de Robert Solow e Trevor Swan, o estado estacionário ocorre quando o investimento bruto de capital é igual à depreciação e a economia atinge o equilíbrio económico.
Estado estacionário e estado transitório
Nesta seção, veremos a diferença entre estado estacionário e estado transitório.
O estado transitório , também chamado de estado não estacionário , é o estado de um sistema no qual as variáveis que definem seu comportamento variam de valor ao longo do tempo.
Portanto, a diferença entre o estado estacionário e o estado transitório (ou estado instável) é se as variáveis são constantes ou não. No estado estacionário as variáveis permanecem constantes, porém, no estado transitório as variáveis mudam de valor.
Na grande maioria dos casos, para atingir um estado estacionário, é necessário primeiro passar por um estado transitório, para que depois de um certo tempo as variáveis se estabilizem e permaneçam constantes.