平衡态详细资料大全

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平衡态（equilibrium state）是指在没有外界影响条件下热力学系统 的各部分巨观性质在长时间里不发生变化的状态。这里所说的没有外界影响，是指系统与外界没有相互作用，既无物质交换，又无能量传递（做功 和传热），即系统是孤立系。

平衡态是所考察的系统状态变数均保持不变的一种状态。实际系统总受到不同程度的扰动（摄动），只有受到一定程度的扰动后能回复到平衡态的状态才能被观察到。这种状态是稳定的平衡态。狭义的平衡态指稳定的平衡态。

基本介绍

• 中文名 ：平衡态
• 外文名 ：equilibrium state
• 特征 ：无外界影响系统巨观性质不变
• 学科 ：热力学
• 狭义 ：稳定的平衡态

动态平衡,热动平衡条件,统计解释,实例和解释,平衡态描述,平衡态特点,

动态平衡

从微观看，由于组成系统的分子不停顿热运动，微观量随时间作迅速的变化，保持不变的只是相应微观量的统计平均值。所以，热力学平衡态是一种动态平衡，称为热动平衡。动态平衡的状态参量取“确定的”数值并不是绝对的，仍会发生对平衡数值的微小偏离，这种现象称为涨落。分析表明，在一个有大量粒子组成的系统中，涨落极小，它的相对强度与粒子数的平方根成反比，致使巨观观测时完全可忽略这种偏离。只有一些特殊问题（如大气中光的分子散射和液体中的临界乳光现象中）才必须考虑涨落的影响。平衡态是一个理想化的概念，因为在实际问题中不存在完全没有外界影响的孤立系。但若外界条件的变化速率相对于系统由非平衡态趋向平衡态的速率足够缓慢时，平衡态概念是实际情况的一个合理抽象和近似。如在一般的气缸中活塞移动的速率约为几米每秒，而实验表明，在室温下气体内压强趋于平衡态数值的速率大约是几百米每秒，因此在活塞运动的每一瞬间，都可把缸中气体的状态近似为平衡态。此外，气缸中压强趋于平衡的弛豫时间的数量级约为10 ^－3 —10 ^－2 秒，而活塞往返一次的时间约为几秒。所以说，当影响系统状态变化的外界因素的特征时间远大于弛豫时间时，可相当正确地把每一瞬间气缸中气体状态近似为平衡态。强调平衡态必须是“长时间里”不发生变化的状态，是因为有些物理过程的弛豫时间很长，或者系统处于亚稳状态，以致把它们误认为平衡态。如碳同位素 ₆ ¹⁴ C的半衰期 T =5,730年，故在这种弛豫时间很长的缓慢衰变过程中系统始终处于非平衡态。又如在物质的汽液两相共存区可能出现过冷蒸汽和过热液体那样的亚稳态（见过冷和过热），在外界有限小的扰动下，即会自发地回复到汽液两相共存的稳定平衡态。

热动平衡条件

热力学系统的热动平衡，一般情况下包括以下三种平衡：力学平衡、热平衡和化学平衡。系统达到力学平衡时，内部没有不被平衡掉的力；达到热平衡时，系统各部分的冷热程度（即温度）都相等；化学平衡要求系统中各部分不再自发地趋向于内部结构的变化，如不发生化学成分和浓度的变化。化学平衡包括相平衡和化学反应的平衡。三种平衡中任何一种平衡的破坏，都有可能引起总的系统平衡态的破坏，使系统处于非平衡状态。由此可见，只当系统处于平衡态时，热力学系统的状态参量（如力学、热学、化学和电磁的状态参量）才有确定的数值和意义。

统计解释

热力学系统的平衡态是通过组成系统的微观粒子之间频繁的碰撞或相互作用加以建立和维持的。达到平衡态时粒子处于最为无序、最为混乱和无规则的运动状态。从整体上看，任意一个可能存在的使相碰两粒子微观态发生改变的有序的定向过程，必为其逆向的相碰过程所平衡，从而在系统中不可能存在任何巨观的定向的有规则的流，这就是细致平衡。显然只有保持细致平衡，才能有系统总的热动平衡。所以说，系统在巨观上建立的平衡态是由微观上实现的细致平衡来加以保证和维持的，这一基本规律被称为细致平衡原理。细致平衡原理要求：在巨观可观测的时间间隔内，在气体的任意局域的任意方向上有相同多的分子在运动；每个方向上，离开和进入该局域的同一速率的气体分子数目相等。19世纪中叶，J.麦克斯韦正是依据此物理图像，导出了著名的麦克斯韦速度分布函式（见麦克斯韦速度分布律）： f ( v _x , v _y , v _z )=( m /2π kT ) ^3/2 exp[－( m /2 kT )]( v _x ² + v _y ² + v _z ² )]。 式中 m ， T 分别是气体分子的质量及气体的热力学温度； k 是玻耳兹曼常数。1872年L.玻耳兹曼在他自己提出的积分微分方程的基础上证明了 H 定理，为系统有趋向平衡并停留于平衡态的自然趋势，提供了统计解释。说明平衡态是气体可能处的各种巨观态中最为无序的和机率最大的状态。建立平衡态的充分又必要的条件是满足实现细致平衡。此时，气体分子按速度的分布不再受碰撞的影响；正元碰撞过程恰好与逆元碰撞过程数目相等，且它们的影响互相抵消。已经证明，麦克斯韦速度分布函式是细致平衡条件的普遍解。

实例和解释

在力学系统中，若以坐标和动量为状态变数，则静止是平衡态。例如单摆静止地处于最高位置或最低位置都是平衡态。前者不稳定，而后者稳定是狭义的平衡态。又如在由大量气体分子组成的系统中，通常用温度和压强等力学量作为状态变数。尽管各个分子作布朗运动，只要温度和压强均为常量，系统就处于平衡态。平衡态的例子还有化学反应系统中反应物的浓度不变、生态系统中两族共存的生物数量不变、经济系统中供应和需求不变等。在自动控制系统中通过反馈使原来不稳定的平衡态变为稳定的平衡态。如飞机的匀速直线飞行是平衡态，当实际航向偏离这个状态时，自动驾驶仪即对飞机产生控制使它回到平衡态。系统平衡态的稳定性通常依赖于系统的参量，当参量跨越某个临界值，平衡态的稳定性有变化，这个值称为分岔点。在工程设计中一般应使参量远离分岔点。但若系统失稳后仍有稳定的非平衡态，且变数的变化幅度又在许可范围之内，则参量的选择不受分岔点的限制。
以 x ₁ , x ₂ ,...， x _n 表示系统的状态。系统的连续时间动态方程如下： 式中，i=1,2,…,n。 满足方程 f _i =0的状态，即为系统的平衡态。若 c _i ( i =1,2,…，n)满足稳定性条件，则它就是狭义平衡态。系统的离散时间动态方程如下： 式中，i=1,2,…,n t=1,2…。 系统的平衡态即为满足 d _i ( i =1,2,..., n )的状态 d ₁ , d ₂ ,..., d _n 。 c _i 或 d _i ( i =1,2,...， n )又称系统的不动点。稳定的不动点又称吸引的不动点。

平衡态描述

确定平衡态的巨观性质的量称为状态参量。 常用的状态参量有：几何参量（如气体体积）、力学参量（如气体压强）、热力参量（如温度）、化学参量（如混合气体各化学组分的质量和摩尔分数）、电磁参量（如电场和磁场强度，电极化和磁化强度等）。 如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学组分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。 此时只需体积和压强就可以确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或P-V系统）。

平衡态特点

平衡态具有以下特点： （1）单一性（P,T处处相等）； （2）物态的稳定性——与时间无关； （3）自发过程的终点； （4）热动平衡。

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砀山县18368129196： 怎样简单的解释平衡态的主要概念? ？
狄强保英： 平衡态(equilibriumstate)是指在没有外界影响条件下热力学系统的各部分宏观性质在长时间里不发生变化的状态

砀山县18368129196： 平衡态的实例和解释是什么? ？
狄强保英： 系统平衡态的稳定性通常依赖于系统的参量,当参量跨越某个临界值,平衡态的稳定性有变化,这个值称为分岔点

砀山县18368129196： 平衡态的物理意义,谢谢各位大神了 - ？
狄强保英： 平衡态,是指系统的这样一种状态,即在没有外界(指与系统有关的周围环境)影响的条件下,系统各部分的宏观性质长时间内不发生变化的状态.这里 所说的没有外界影响,是指系统与外界之间不通过作功或传热的方式交换能量,否则系统就不能达到并保持平衡态.由于实际中并不存在完全不受外界影响,并且宏 观性质绝对保持不变的系统,所以平衡态只是一个理想化的概念,它是在一定条件下对实际情况的抽象和概括 热平衡是同一物体内或在可相互进行热交换的几个物体间,既不发生热的迁移,也不发生物质的相变而具有相同温度的状态. 平衡态是对一个系统来说的,热平衡是对两个系统的关系的描述,它是指两个系统具有相同的温度.

砀山县18368129196： 什么是平衡状态 - ？
狄强保英： 有很多种.看情况来定的,帮你找了资料,你看看吧.. 化学平衡状态的标志可概括为“一等五不变”,现以mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g)为例,化抽象为具体,提高学生对此标志的理解. 1.一等 “一等”即正反应速率等于逆反应速率,其意义是针对...

砀山县18368129196： 高中物理:热学中的'平衡态'指的是什么? - ？
狄强保英： 热平衡态是指同一物体内或在可相互进行热交换的几个物体间,既不发生热的迁移,也不发生物质的相变而具有相同温度的状态.

砀山县18368129196： 什么是人体平衡态?保证平衡态有什么作用? - ？
狄强保英： 人体是一个非常复杂的结构,由运动系统、消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、脉管系统、感觉器官、神经系统、内分泌系统组成.各个系统有机协调,相互配合,人体才能正常.每个系统又是由各个器官、组织组成.系统与系统之间...

砀山县18368129196： 热能学中平衡状态的定义 - ？
狄强保英： 热力学平衡态是指系统可满足三个条件: 热平衡:各部分温度相等; 力平衡:各部分压力相等; 化学平衡和相平衡:浓度均匀,组成不随时间变化.

砀山县18368129196： 二力平衡和平衡态 - ？
狄强保英： 平衡态就是物体处于静止或匀速直线运动状态 比如静止的苹果,匀速直线运动的汽车等等 此时物体受的力都是平衡力,即这几个力的合力为零 二力平衡就是物体只受两个力而处于平衡状态 比如静止在桌面的苹果,可以认为它只受重力与支持力,这种情况就是二力平衡 它的条件是作用在同一物体上的两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上 平衡态所受的合力当然是零 力是使物体运动状态发生改变的原因 若合力不为零,运动状态必然发生改变,此时就不平衡了

砀山县18368129196： 什么是热力学系统的平衡态?气体在平衡态时有何特征?当气体处于平衡态时还有分子热 - ？
狄强保英： 热力学平衡是指气体达到热平衡(与周围温度相同且温度均匀),力学平衡(处于均匀的压强下),化学平衡(气体化学成份处处均匀)之中,它的状态参量(即P,V,T)不随时间而变化,此时气体中的热运动依然存在.

砀山县18368129196： 什么是平衡态,什么是平衡力,牛顿第一定律揭示了什么? - ？
狄强保英： 1.平衡态就是物体处于静止或匀速直线运动的状态. 2.平衡力就是物体处在平衡状态下受到的力.或者说物体受到一些力,物体处于平衡状态,那么这几个力就是平衡力. 3.牛顿第一定律揭示了力与运动的关系,即力不是维持运动的原因.