En termodinámica, se dice que un sistema se encuentra en estado de equilibrio termodinámico, si es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas condiciones de contorno (las condiciones que le imponen sus alrededores).
Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio químico.
En termodinámica clásica se puede hablar de dos definiciones de equilibrio:
Aunque la segunda definición incluye a la primera, la segunda considera en equilibrio aquellos estados en los que no existen flujos de masa o energía pero no necesariamente estados homogéneos.
La condición de equilibrio termodinámico de un sistema puede estudiarse mediante el uso de potenciales termodinámicos:
Una consecuencia de la segunda ley de la termodinámica es que en un estado de equilibrio, la entropía tiene un valor máximo en el sistema que se corresponderá con un mínimo en uno de los potenciales termodinámicos. En la formulación axiomática de Callen se expresa como:
En un estado de equilibrio, los valores que toman los parámetros característicos de un sistema termodinámico cerrado son tales que maximizan el valor de una cierta magnitud que está en función de dichos parámetros, llamada entropía.
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