热力学平衡态relixue pinghengtai

热力学系统在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态，简称平衡态。不受外界影响是指外界对系统不作功，也不传热。例如封闭在容器中的气体，外界不对系统作功，也不向系统传热，经足够长的时间，系统的宏观性质将不随时间变化，系统内各处压强、温度一致，这种状态称平衡态。若给系统加热，系统与外界发生了能量交换，平衡态被破坏，系统内的压强，温度随时间变化，这种状态称非平衡态。停止加热，经足够长的时间，在没有外界影响的条件下，系统又达到了新的平衡态。在有外界影响的情况下，系统的宏观热状态也可以长时间的不随时间变化，这种状态并不是平衡态。例如，一金属杆一端与100℃的恒温热源接触，另 一端与0℃的恒温热源接触，经一段时间后，杆达到一种不随时间变化的热状态，温度沿杆有 一定的分布，这种状态是稳定状态，而不是平衡态，因为有外界影响存在，撤去热源，这种稳定状态将发生变化。若不再有外界影响，经过一段时间后系统达到新的平衡态。系统达到平衡态时，宏观性质不随时间变化，不能理解为系统的宏观态参量值处处一致，前面所举气体系统的简单例子中，当系统达到平衡态时，系统内压强、温度值处处相等，但复杂系统例如由水和水蒸汽组成的系统，或受外场作用的系统处于平衡态时，某些宏观态参量处处 一致，另一些态参量则各处不同。例如，受重力作用，不同高度处的大气压强及密度就不相同。热力学系统的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子、原子仍在不停地运动着，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，因此这种平衡态又称为热动平衡。热力学的平衡态与力学的平衡态是有区别的，力学平衡只要求系统整体静止或作匀速直线运动，而热力学的平衡除此以外还要求所有能观察到的宏观性质都不随时间变化。平衡态是一种理想情况，因为任何实际系统完全不受外界影响是不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。