В этой статье объясняется, что такое устойчивое состояние, его применение в различных научных областях, а также в чем разница между стационарным состоянием и переходным состоянием.
Что такое устойчивое состояние?
Устойчивое состояние — это состояние, в котором находится система, если все переменные, определяющие ее поведение, остаются постоянными. Другими словами, система находится в устойчивом состоянии, если все ее переменные не меняют значения.
Математически система или процесс находится в устойчивом состоянии, если частные производные всех ее свойств (p) по времени (t) равны нулю.
Это означает, что следующее уравнение справедливо для дискретных периодов времени:
В физике устойчивое состояние определяется как состояние, в котором находится система, когда ее характеристики, такие как положение, температура, внутренняя энергия и т. д., не меняются со временем. они остаются постоянными.
Стационарные приложения
Затем мы увидим, что означает устойчивое состояние в зависимости от области его применения.
Термодинамика
В термодинамике устойчивое состояние — это состояние, при котором открытая система находится в равновесии и при котором переменные состояния (температура, объем, давление и т. д.) не изменяются.
Таким образом, функции состояния (энтропия, энтальпия, внутренняя энергия и т. д.) также не меняются со временем. Поэтому энтропия, генерируемая в устойчивом состоянии, минимальна.
Химия
В химии, особенно при изучении химических реакций, состояние равновесия достигается, когда концентрации различных химических соединений не изменяются с течением времени.
Когда химическая реакция проводится со смесью различных химических элементов, концентрации различных элементов в реакции меняются со временем. Таким образом, состояние равновесия достигается, когда концентрации остаются постоянными.
Механический
В машиностроении устойчивое состояние — это состояние равновесия, достигаемое, когда к механической системе прикладывается периодическая сила и проходит определенное время, пока переменные, определяющие ее, не остаются постоянными.
Например, когда на маятник действует сила, он начинает колебаться до полной остановки из-за трения между маятником и воздухом. Тогда все переменные, определяющие движение маятника, будут равны нулю и не изменят своего значения, если к маятнику не будет приложена другая сила.
электронный
В электронике считается, что система находится в устойчивом состоянии, когда влияние переходных процессов больше не является значительным.
Обычно, когда электронная система подключается к электрическому току и начинает работать, проходит определенное время, пока она не достигнет нормального рабочего состояния.
Поэтому важно определить, когда электронная система находится в стабильном состоянии, поскольку ее характеристики и возможности будут различаться в зависимости от того, находится ли она в переходном или стабильном состоянии.
Экономика
В экономике регион находится в стабильном состоянии, когда он имеет стабильную численность жителей, потребление которых также стабильно и, при этом, потребление населения меньше максимальной мощности региона.
В экономической модели Роберта Солоу и Тревора Свона устойчивое состояние возникает, когда валовые капиталовложения равны амортизации и экономика достигает экономического равновесия.
Устойчивое состояние и переходное состояние
В этом разделе мы увидим разницу между установившимся и переходным состоянием.
Переходное состояние , также называемое нестационарным состоянием , — это состояние системы, в котором переменные, определяющие ее поведение, со временем меняют свое значение.
Следовательно, разница между устойчивым состоянием и переходным состоянием (или нестабильным состоянием) заключается в том, являются ли переменные постоянными или нет. В устойчивом состоянии переменные остаются постоянными, однако в переходном состоянии переменные меняют свое значение.
В подавляющем большинстве случаев для достижения устойчивого состояния необходимо сначала пройти переходное состояние, чтобы через определенное время переменные стабилизировались и остались постоянными.