¿Equilibrio con restricciones o estado estacionario?

Pregunta 1. Para los dos gases, se rodea el recipiente completo: ningún intercambio atraviesa su frontera exterior y ninguna transferencia atraviesa la pared. Se anotan $(T_1,P_1)$ y $(T_2,P_2)$ a uno y otro lado. Para la barra sola, las flechas térmicas entran por el extremo caliente y salen por el extremo frío. Para el volumen de control delimitado por el depósito, una flecha de materia entra por la alimentación y otra sale por el desagüe; esta materia transporta también energía. Pregunta 2. Los dos gases están en equilibrio con las restricciones impuestas. La pared impide los intercambios de calor, el desplazamiento mecánico y los intercambios de materia. Por tanto, las diferencias $T_1-T_2$ y $P_1-P_2$ no provocan ninguna evolución permitida. La barra se encuentra en estado estacionario, pero fuera del equilibrio: la atraviesa energía térmica de forma permanente. Que la temperatura sea constante en el tiempo en cada punto no implica ni una temperatura uniforme en el espacio ni la ausencia de flujos. El depósito también se encuentra en un estado estacionario fuera del equilibrio. Si ${\dot{m}}_{\text{in}}$ y ${\dot{m}}_{\text{out}}$ designan los caudales másicos positivos, el balance de masa da

$$\frac{\mathrm{d}m}{\mathrm{d}t}={\dot{m}}_{\text{in}}-{\dot{m}}_{\text{out}}=0.$$

La masa contenida es constante, pero cada uno de los dos caudales es no nulo. El agua se renueva: el sistema elegido es abierto.

Pregunta 3. Al suprimir el aislamiento térmico se permite una transferencia del gas caliente al gas frío. En el equilibrio final, $T_{1,f}=T_{2,f}$. Como la pared sigue siendo rígida, puede soportar una diferencia de presión: nada impone $P_{1,f}=P_{2,f}$. Para dos gases ideales, por ejemplo, los cocientes $n_1/V_1$ y $n_2/V_2$ pueden ser distintos, y por tanto también las presiones $n_{1}R{T}_f/V_1$ y $n_{2}R{T}_f/V_2$. Pregunta 4. Si la sección del pistón es $A$, la resultante de las fuerzas de presión, orientada de 1 hacia 2, es $F=A(P_1-P_2)$. Es no nula inicialmente y pone el pistón en movimiento. En un estado final de reposo, $F=0$ impone $P_{1,f}=P_{2,f}$. La adiabaticidad no impone la igualdad de las temperaturas. La existencia de un estado final de reposo es aquí condicional: el balance de fuerzas por sí solo no describe el amortiguamiento de posibles oscilaciones.