1. 평형 (Equilibrium) 이란?
ㅇ 일반적으로, 물질/물체의 상태 변화를 일으키는 원인들(구동력)이 없을 때를 말함
- (역학 관점) 모든 힘들이 정확하게 균형을 이루는 상태
- (열역학 관점) 순 에너지 흐름이 없는 상태 (열의 이동 or 일의 작용이 없음)
- (미시적 관점) 온도,압력,조성의 특정 조합 하에서, 자유에너지가 최소인 상태
* 쉽게,
. 시간에 따라 특성이 변하지 않는 상태
. 자발적으로 변화하지 않는 상태
ㅇ 한편, 불균형/불평형 상태 例)
- 기계적 힘들의 불균형에 의해 일의 형태로 에너지 전달이 일어남
- 온도 차이에 의해 열 전달이 일어남
- 화학 퍼텐셜 차이에 의해 하나의 상(相)에서 다른 상으로 물질 이동이 발생함
2. 평형 상태의 종류
ㅇ 열 평형 (Thermal Equilibrium)
- 열 흐름에 대한 구동력이 되는 온도차가 없는 상태 (열 흐름 없음)
. 온도가 계의 전체에 걸쳐 일정 (온도 변화 없음)
ㅇ 역학적 평형 (Mechanical Equilibrium)
- 물체에 작용하는 순 힘이 없을 때 즉, 가속도가 나타나지 않을 때 (가속 없음)
. 움직이지 않거나 등속 운동 만 함
ㅇ 상 평형 (Phase Equilibrium)
- 다상 하에서, 상의 경계를 통해 각 상 간의 이행 속도가 균형을 이룸 (물질 흐름 없음)
. 한 상에서 다른 상으로의 물질의 알짜 흐름이 없는 경우
.. 例) 액화되는 속도와 기화되는 속도가 같음
. 한 상에서 다른 상으로의 변환 없음 (상변화 없음)
ㅇ 화학적 평형 (Chemical Equilibrium)
- 사실상, 화학반응이 더이상 일어나지 않음 (더이상의 화학반응 없음)
. 가역반응에서 순방향 및 역방향의 반응속도가 같을 때, 겉보기 정지상태에 있게 됨
- 화학 조성의 변화가 없는 경우
※ 위 평형상태들을 모두 총칭하여, `열역학적 평형상태`라고 함
- 열역학적 평형/균형 상태 (Thermodynamic Equilibrium state) 이란?
. 시간에 따라 변하지 않고, 순 흐름 없음
.. 불균형 구동력이 없는 균형 상태
3. 한편, 열역학적 정상상태 (Thermodynamic Steady State) 이란?
ㅇ 시간에 따라 변하지 않으나, 열 흐름은 있음
- 일정한 작용력,구동력이 유지되고 있음
4. 한편, 반도체에서의 평형상태 및 정상상태는?
※ ☞ 반도체 평형상태, 반도체 정상상태 참조
- 반도체 외부 구동력(전위차,전계,자계,온도차,광 등)의 존재 유무 또는 일정 여부로 구분
5. 한편, 평형 조건은?
ㅇ 열 평형,역학적 평형의 조건은, 쉽게 알 수 있지만,
- 상 평형과 화학적 평형은, 좀더 복잡한 조건을 갖음