¿Qué entendemos por estado de equilibrio independiente del tiempo?

La imagen de arriba es una gráfica de energía a lo largo del tiempo en una simulación de Monte Carlo. Puedes ver que el sistema comienza fuera de equilibrio. La energía cae rápidamente y luego se mueve alrededor de un valor específico.

Entonces, cuando un sistema está fuera de equilibrio, generalmente cambia con el tiempo. En el pasado estaba más lejos del equilibrio, en el futuro estará más cerca. Puedes ver esto como la parte no plana de la curva.

Cuando un sistema como este está en equilibrio, ya nada cambia. Estaba en equilibrio antes, y lo estará en el futuro. Entonces, en cierto modo, hablar sobre el tiempo no tiene sentido, porque siempre es lo mismo. Entonces podemos decir que el equilibrio es independiente del tiempo.

La excepción a esto es cuando un sistema tiene algún tipo de comportamiento oscilante como en el modelo lotka volterra:

En este caso, aún puede hablar sobre algún tipo de equilibrio, porque su sistema convergerá a este tipo de oscilaciones, pero claramente no son independientes del tiempo. Sin embargo, este es un tema avanzado, por lo que en la mayoría de los libros de texto de física básica, cuando hablan de equilibrio, significan un equilibrio independiente del tiempo.

El “estado de equilibrio independiente del tiempo” es redundante. Cualquier estado de equilibrio es independiente del tiempo, por definición. Los estados de equilibrio son un subconjunto de estados independientes del tiempo. No todos los estados independientes del tiempo son estados de equilibrio.

Por ejemplo, si tengo una resistencia eléctrica conectada a una batería, entonces la resistencia puede estar en un estado independiente del tiempo que no es un estado de equilibrio. Esto se debe a que la batería no está en un estado independiente del tiempo. Si defino que mi sistema es la resistencia más la batería, entonces todo el sistema no está en un estado independiente del tiempo, ya que la batería se está descargando.

En un estado de equilibrio, no puede haber producción de entropía. Si tengo un estado independiente del tiempo que produce entropía, entonces debe estar conectado a alguna fuente externa de energía libre (como la batería), y debe tener una forma de eliminar el calor asociado con la producción de entropía.

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