Thermodynamisches Gleichgewicht

Ein System ist im thermodynamischen Gleichgewicht, wenn es in einem stationären Zustand ist, in dem alle makroskopischen Flüsse von Materie und Energie innerhalb des Systems verschwinden. Mehrere Systeme sind im Gleichgewicht, wenn die makroskopischen Flüsse zwischen den Systemen verschwinden.

Das thermodynamische Gleichgewicht lässt sich in drei Bestandteile aufteilen. Damit sich ein System im thermodynamischen Gleichgewicht befindet, müssen alle Bedingungen des thermischen, mechanischen und chemischen Gleichgewichts erfüllt sein.

• Das thermische Gleichgewicht setzt voraus, dass es in dem System keinen makroskopischen Wärmefluss gibt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Temperatur T des Systems überall gleich ist.
• Das mechanische Gleichgewicht setzt voraus, dass ein makroskopisches Teilsystem keine Arbeit an einem anderen Teilsystem verrichtet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Druck p' des Systems überall gleich ist und keine äußeren Felder anliegen. Im Falle eines anliegenden äußeren Feldes z.B. Gravitation ist der Druck nicht konstant, sondern ortsabhängig: Barometrische Höhenformel
• das chemische Gleichgewicht setzt voraus, dass die Zusammensetzung des Systems aus unterschiedlichen Phasen gleich bleibt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die chemischen Potentiale mu gleich sind (und kein äußeres Feld anliegt). Liegt beispielsweise ein elektrisches Feld an, so muss statt des chemischen das elektrochemische Potential konstant sein, damit sich das System im elektrochemischen Gleichgewicht befindet.