El estado estable en cualquier campo significa que las propiedades que se miden no cambian con el tiempo . El sistema ha terminado de evolucionar, y ahora las propiedades, cuando se miden en un punto, no cambian con el tiempo, mientras que pueden o no cambiar con la ubicación. Entonces, si tenemos alguna propiedad ‘m’, entonces si el sistema está en estado estable, tenemos:
[matemática] \ parcial [/ matemática] m / [matemática] \ parcial [/ matemática] t = 0 donde ‘t’ es el tiempo
Si un sistema está en estado estable, puede asumir con seguridad que la propiedad medida en un punto es constante y puede usar ese valor en cualquier momento dado para ese punto, ya que no variará con el tiempo.
Ahora que se trata de la transferencia de calor, estamos interesados en la transferencia de calor y, en consecuencia, los perfiles de temperatura del sistema en consideración.
La transferencia de calor puede ocurrir por tres mecanismos: conducción, convección o radiación, y la energía neta se transfiere del cuerpo de alta temperatura al cuerpo de baja temperatura. Cuando un cuerpo se expone por primera vez a un diferencial de temperatura, la energía comienza a fluir, lo que hace que el perfil de temperatura siga cambiando con respecto al tiempo. Se dice que el sistema está en estado inestable .
El flujo de energía puede estar ocurriendo simultáneamente dentro y fuera del sistema dependiendo de la configuración. Finalmente, se alcanza una etapa en la que la energía que fluye y la energía que fluye se equilibra y se vuelve igual. Una vez que esto sucede, el perfil de temperatura deja de cambiar y se vuelve fijo. En esta etapa, el sistema es ayuda para haber alcanzado un estado estable .
Considere la forma general de la ecuación de conducción tridimensional:
[[matemática] \ parcial ^ 2 [/ matemática] T / [matemática] \ parcial [/ matemática] x [matemática] ^ 2 [/ matemática] + [matemática] \ parcial ^ 2 [/ matemática] T / [matemática] \ parcial y [/ matemática] [matemática] ^ 2 [/ matemática] + [matemática] \ parcial ^ 2 [/ matemática] T / [matemática] \ parcial z [/ matemática] [matemática] ^ 2 [/ matemática]] [matemática] [/ matemática] + q_generated / k = (1 / [matemática] \ alpha [/ matemática]) * ([matemática] \ parcial [/ matemática] T / [matemática] \ parcial [/ matemática] t)
Los primeros tres términos representan el flujo de energía dentro / fuera del sistema. El siguiente término (q_generated / k) representa la generación de calor dentro del sistema.
El término en el lado derecho representa el cambio de energía dentro del sistema con respecto al tiempo.
Por lo tanto, para un sistema de estado estacionario , este valor será igual a 0, y para un sistema de estado inestable , no sería igual a 0. Según las condiciones prevalecientes, la ecuación anterior se puede resolver para obtener tasas de flujo de calor y perfiles de temperatura .
Cada sistema comienza cuando comienza como un sistema de estado inestable, y eventualmente, si las condiciones se mantienen igual, eventualmente se convertirá en un sistema de estado estable.
Ejemplo
Como ejemplo, puede considerar una resistencia. A medida que el circuito se cierra y la corriente comienza a fluir a través de la resistencia, comienza a calentarse y su temperatura comienza a subir. Esto se debe al calor generado. A medida que su temperatura supera la temperatura ambiente, pierde calor simultáneamente por convección desde la superficie. Cuando estos dos valores se vuelven iguales, el sistema alcanza el estado estable y la temperatura deja de evolucionar.
