Равновесная термодинамика — это систематическое изучение преобразований вещества и энергии в системах с точки зрения концепции, называемой термодинамическим равновесием . Слово «равновесие» подразумевает состояние равновесия. Равновесная термодинамика по своей сути происходит из анализа цикла Карно . Здесь обычно система, такая как цилиндр с газом, первоначально находящаяся в собственном состоянии внутреннего термодинамического равновесия, выводится из равновесия из-за поступления тепла в результате реакции горения . Затем, через ряд шагов, когда система приходит в состояние окончательного равновесия, работа извлекается.
В состоянии равновесия потенциалы или движущие силы внутри системы находятся в точном равновесии. Основная цель равновесной термодинамики состоит в том, чтобы, учитывая систему, находящуюся в четко определенном начальном состоянии термодинамического равновесия , с учетом точно заданных ограничений, рассчитать, каким будет состояние системы, когда ограничения изменяются в результате внешнего вмешательства . как только он достигнет нового равновесия. Состояние равновесия математически устанавливается путем поиска экстремумов термодинамической потенциальной функции, природа которой зависит от ограничений, налагаемых на систему. Например, химическая реакция при постоянной температуре и давлении достигнет равновесия при минимуме свободной энергии Гиббса ее компонентов и максимуме их энтропии .
Равновесная термодинамика отличается от неравновесной термодинамики тем, что в последней состояние исследуемой системы обычно не будет однородным, а будет локально меняться в зависимости от распределения энергии, энтропии и температуры, поскольку градиенты накладываются диссипативными термодинамическими потоками. . В равновесной термодинамике, напротив, состояние системы будет считаться однородным во всем, макроскопически определяемым такими величинами, как температура, давление или объем. Системы изучаются с точки зрения перехода от одного состояния равновесия к другому; такое изменение называется термодинамическим процессом .
Геометрия Руппейнера — это тип информационной геометрии, используемый для изучения термодинамики. Он утверждает, что термодинамические системы могут быть представлены римановой геометрией и что статистические свойства могут быть получены из модели. Эта геометрическая модель основана на идее о том, что существуют состояния равновесия, которые могут быть представлены точками на двумерной поверхности, и расстояние между этими состояниями равновесия связано с колебаниями между ними.