L’equilibrio termodinamico descrive un sistema le cui proprietà non cambieranno senza una sorta di interferenza esterna. In altre parole, un sistema in equilibrio termodinamico non cambierà a meno che non venga aggiunto o sottratto qualcosa. Un esempio di questo è una bevanda tiepida. La bevanda potrebbe essere iniziata fredda, ma il calore dell’aria si sposterà nella bevanda fredda e la renderà più calda fino a raggiungere la stessa temperatura dell’aria, raggiungendo così l’equilibrio termodinamico. Inoltre, poiché il calore si sposta dall’aria alla bevanda, anche l’aria immediatamente intorno alla tazza diventerà più fresca.
Il processo che un sistema utilizza per raggiungere l’equilibrio termodinamico è descritto in due leggi della fisica: la prima legge della termodinamica e la seconda legge della termodinamica. La prima legge afferma che l’energia non può essere creata o distrutta, può solo essere trasferita. La seconda legge dice che in un sistema isolato, l’entropia aumenterà fino a raggiungere l’equilibrio. Questa è l’essenza dell’equilibrio termodinamico. Affinché un oggetto raggiunga l’equilibrio termodinamico, devono essere soddisfatte tre condizioni: equilibrio chimico, equilibrio meccanico ed equilibrio termico.
L’equilibrio meccanico descrive cosa succede quando non ci sono forze sbilanciate in un sistema o con un sistema e i suoi dintorni. Ciò significa che le forze devono essere uguali in un sistema e in un sistema e nei suoi dintorni. Una di queste forze è la pressione. Se la pressione è la stessa nel sistema e con il sistema e l’ambiente circostante, si raggiunge l’equilibrio meccanico. Se non c’è equilibrio meccanico, il sistema cercherà di raggiungere l’equilibrio.
Affinché un sistema sia in equilibrio chimico, non dovrebbero essere in corso reazioni chimiche nette. In alcuni sistemi ciò può significare che le reazioni chimiche si sono fermate. Tuttavia, in altri sistemi ciò può significare che un sistema ha raggiunto l’equilibrio dinamico. L’equilibrio dinamico descrive uno stato in cui le reazioni forward e di riserva avvengono in modo tale che la quantità netta dei reagenti rimanga invariata. Nell’equilibrio chimico è anche necessario che la materia non si muova da un’area all’altra, come accade quando avviene la diffusione.
Quando un oggetto è in equilibrio termico, le temperature devono essere le stesse. L’esempio della bevanda tiepida è un esempio di un sistema che raggiunge l’equilibrio termico. Quando un oggetto entra in contatto termico con un altro oggetto, come l’aria, il calore si sposterà da una concentrazione più alta a una concentrazione più bassa, cioè dal caldo al freddo. Per inciso, questo significa che il ghiaccio non raffredda una bevanda, ma piuttosto la bevanda riscalda il ghiaccio. Il calore continuerà a spostarsi da alta concentrazione a bassa finché entrambi gli oggetti non saranno alla stessa temperatura e non verrà raggiunto l’equilibrio termico.