La termodinámica del equilibrio es el estudio sistemático de las transformaciones de materia y energía en sistemas en términos de un concepto llamado equilibrio termodinámico . La palabra equilibrio implica un estado de equilibrio. La termodinámica del equilibrio, en sus orígenes, deriva del análisis del ciclo de Carnot . En este caso, normalmente un sistema, como un cilindro de gas, inicialmente en su propio estado de equilibrio termodinámico interno, se desequilibra debido al aporte de calor procedente de una reacción de combustión . Luego, a través de una serie de pasos, a medida que el sistema alcanza su estado de equilibrio final, se extrae trabajo.
En un estado de equilibrio, los potenciales , o fuerzas impulsoras, dentro del sistema, están en equilibrio exacto. Un objetivo central en la termodinámica del equilibrio es: dado un sistema en un estado inicial bien definido de equilibrio termodinámico , sujeto a restricciones especificadas con precisión, calcular, cuando las restricciones cambien mediante una intervención impuesta externamente , cuál será el estado del sistema. una vez que ha alcanzado un nuevo equilibrio. Un estado de equilibrio se determina matemáticamente buscando los extremos de una función de potencial termodinámica, cuya naturaleza depende de las restricciones impuestas al sistema. Por ejemplo, una reacción química a temperatura y presión constantes alcanzará el equilibrio con un mínimo de energía libre de Gibbs de sus componentes y un máximo de su entropía .
La termodinámica de equilibrio se diferencia de la termodinámica de no equilibrio en que, con esta última, el estado del sistema bajo investigación generalmente no será uniforme, sino que variará localmente en aquellas distribuciones de energía, entropía y temperatura a medida que los flujos termodinámicos disipativos imponen gradientes. . En la termodinámica de equilibrio, por el contrario, el estado del sistema se considerará uniforme en todas partes, definido macroscópicamente por cantidades tales como temperatura, presión o volumen. Los sistemas se estudian en términos de cambio de un estado de equilibrio a otro; Tal cambio se llama proceso termodinámico .
La geometría de Ruppeiner es un tipo de geometría de información utilizada para estudiar la termodinámica. Afirma que los sistemas termodinámicos pueden representarse mediante la geometría de Riemann y que se pueden derivar propiedades estadísticas del modelo. Este modelo geométrico se basa en la idea de que existen estados de equilibrio que pueden representarse mediante puntos en una superficie bidimensional y que la distancia entre estos estados de equilibrio está relacionada con la fluctuación entre ellos.