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平衡態是是指全國科學技術名詞審定委員會公布的科技名詞。

漢字是民族靈魂的紐帶,在異國他鄉謀生,漢字[1]便是一種寄託,哪怕是一塊牌匾、一紙小條,上面的方塊字會像磁鐵般地吸引着你,讓你感受到來自祖國的親切。因為那中國人的情思已經濃縮為那最簡單的橫豎撇捺[2]

名詞解釋

平衡態(equilibrium state)是指在沒有外界影響條件下熱力學系統 的各部分宏觀性質在長時間裡不發生變化的狀態。這裡所說的沒有外界影響,是指系統與外界沒有相互作用,既無物質交換,又無能量傳遞(做功 和傳熱),即系統是孤立系。

平衡態是所考察的系統狀態變量均保持不變的一種狀態。實際系統總受到不同程度的擾動(攝動),只有受到一定程度的擾動後能回復到平衡態的狀態才能被觀察到。這種狀態是穩定的平衡態。狹義的平衡態指穩定的平衡態。

動態平衡

從微觀看,由於組成系統的分子不停頓熱運動,微觀量隨時間作迅速的變化,保持不變的只是相應微觀量的統計平均值。所以,熱力學平衡態是一種動態平衡,稱為熱動平衡。動態平衡的狀態參量取「確定的」數值並不是絕對的,仍會發生對平衡數值的微小偏離,這種現象稱為漲落。分析表明,在一個有大量粒子組成的系統中,漲落極小,它的相對強度與粒子數的平方根成反比,致使宏觀觀測時完全可忽略這種偏離。只有一些特殊問題(如大氣中光的分子散射和液體中的臨界乳光現象中)才必須考慮漲落的影響。平衡態是一個理想化的概念,因為在實際問題中不存在完全沒有外界影響的孤立系。但若外界條件的變化速率相對於系統由非平衡態趨向平衡態的速率足夠緩慢時,平衡態概念是實際情況的一個合理抽象和近似。如在一般的氣缸中活塞移動的速率約為幾米每秒,而實驗表明,在室溫下氣體內壓強趨於平衡態數值的速率大約是幾百米每秒,因此在活塞運動的每一瞬間,都可把缸中氣體的狀態近似為平衡態。此外,氣缸中壓強趨於平衡的弛豫時間的數量級約為10-3—10-2秒,而活塞往返一次的時間約為幾秒。所以說,當影響系統狀態變化的外界因素的特徵時間遠大於弛豫時間時,可相當正確地把每一瞬間氣缸中氣體狀態近似為平衡態。強調平衡態必須是「長時間裡」不發生變化的狀態,是因為有些物理過程的弛豫時間很長,或者系統處於亞穩狀態,以致把它們誤認為平衡態。如碳同位素614C的半衰期T=5,730年,故在這種弛豫時間很長的緩慢衰變過程中系統始終處於非平衡態。又如在物質的汽液兩相共存區可能出現過冷蒸汽和過熱液體那樣的亞穩態(見過冷和過熱),在外界有限小的擾動下,即會自發地回復到汽液兩相共存的穩定平衡態。

熱動平衡條件

熱力學系統的熱動平衡,一般情況下包括以下三種平衡:力學平衡、熱平衡和化學平衡。系統達到力學平衡時,內部沒有不被平衡掉的力;達到熱平衡時,系統各部分的冷熱程度(即溫度)都相等;化學平衡要求系統中各部分不再自發地趨向於內部結構的變化,如不發生化學成分和濃度的變化。化學平衡包括相平衡和化學反應的平衡。三種平衡中任何一種平衡的破壞,都有可能引起總的系統平衡態的破壞,使系統處於非平衡狀態。由此可見,只當系統處於平衡態時,熱力學系統的狀態參量(如力學、熱學、化學和電磁的狀態參量)才有確定的數值和意義。

參考文獻