El estado de equilibrio termodinámico se produce cuando todas las magnitudes tienen valores definidos y constantes, es decir que no varían con el tiempo.
Tres equilibrios simultáneamente:
- Mecánico: Todas las fuerzas que actúan sobre el sistema están equilibradas. La presión en todos los puntos es siempre la misma.
- Fases y/o químico: No hay reacción, no varía la cantidad de especies presentes en un sistema.
- Térmico: Cuando se separa (divide) el sistema con una pared diatérmica no se produce ninguna variación.
Cuando se dan los tres equilibrios un sistema esta en equilibrio termodinámico.
Ejemplo:
Determinar si un sistema constituido por una caja rectangular está en equilibrio o no:
En un máximo equilibrio inestable y en un mínimo equilibrio estable, si es absoluto, o metaestable, si sólo es local. Siendo:
$ \left( \dfrac{\partial E_{\rm p}}{\partial x} \right)_{\!x_0} \! = 0 \quad \Rightarrow \qquad $ $ \left( \dfrac{\partial E_{\rm p}^2}{\partial x^2} \right)_{\!x_0} \! \gt 0 \enspace $ mínimo $ \left( \dfrac{\partial E_{\rm p}^2}{\partial x^2} \right)_{\!x_0} \! \lt 0 \enspace $ máximo