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热力学平衡简介_热力学平衡个人资料_热力学平衡微博

2016-11-29 01:58:41 科学百科 阅读 10 次
热力学平衡
热力学平衡

 定义/热力学平衡 编辑

工程热力学是研究由大量分子组成的热力学系统。所谓热力学状态,即是热力 系在某一瞬间呈现出来的宏观物理状况。实验表明,一个不受外界影响的系统,无论它的初始状态如何经过充分长时间后,它必将达到这样一种状态,系统的宏观 性质不随时间变化。而要使系统的宏观性质变化,则只有对系统施加外界影响,否则系统的宏观性质将永远保持不变,这样一种状态就是热力学平衡态。依据上述实 验事实,热力学平衡状态的定义:
在不受外界影响的条件下[固定的外力场(如重力场)除外],系统的宏观性质不随时间变化的状态,称为平衡状态(简称平衡态)。 
系统处于平衡状态主要满足两点:①不受外界影响。②不随时间变化。但这里 所说的“平衡”是从宏观上看,在微观上,组成系统的大量粒子在永不停息地运动,是一种动态平衡,称热动平衡。

具体描述 /热力学平衡 编辑

在没有外界影响的条件下,如果某个系统各部分的宏观性质(如系统的化学成分,各物质的量,系统的温度、压力、体积、密度等等)在长时间内不发生任何变化,则称该系统处于热力学平衡状态。不受外界影响的任何系统,总是单向地趋向平衡状态。
在统计力学中,系统的宏观性质是相应的微观量的统计平均值。当系统处于热力学平衡时,系统内的每个分子仍在处于不停的运动中,系统的微观状态也在不断地发生变化,只是分子微观运动的某些统计平均值不随时间而改变。因此,热力学平衡是一种动态平衡,称为热动平衡。
一个热力学系统必须同时达到下述几方面的平衡,才能处于热力学平衡状态。

热平衡

如果系统内没有隔热壁存在,则系统内各部分的温度相等。如果没有隔绝外界的影响,在系统与环境之间没有隔热壁存在的条件下,当系统达到热平衡时,则系统与环境的温度也相等。

力学平衡

如果没有刚性壁的存在,则系统内各部分之间没有不平衡的力存在。如果忽略重力场的影响,则达到力学平衡时系统内各部分的压强应该相等。如果系统和环境之间没有刚性壁存在,则平衡时系统和环境之间也没有不平衡的力存在,系统和环境的边界将不随时间而移动。

相平衡

如果系统是一个非均相的,则平衡时系统中各相可以长时间共存,各相的组成和数量都不随时间而改变。相平衡的条件是:系统中的B组元在各相中的化学势相等,即热力学平衡热力学平衡=…,式中热力学平衡热力学平衡、…分别为B组元在α相、β相、…中的化学势。

化学平衡

系统内各物质之间如果可以发生化学反应,则达到平衡时系统的化学组成及各物质的数量将不随时间而改变。对于化学反应热力学平衡来说,在等温等压下平衡的条件是:

热力学平衡

式中B为包含在反应中的分子或原子的符号;vB为物质B的化学计量数;μB是物质B的化学势。

热力学平衡条件/热力学平衡 编辑

引起系统状态变化的原因可以是外部的,也可以是内部的。在没有外界影 响的条件下,系统的状态还不一定处于“平衡”状态。系统各部分之间有温度差,即温度不平衡势,相互间将进行热交换,使系统 各处状态变化,直至温差消失,达到平衡,这种平衡称为热平衡。处于热平衡的系统有确定的温度。
系统各部分间存在力不平衡(如压力差),各部分之间将发生相对位移,直 至力差消失,达到力学平衡,处于力学平衡的系统有确定的压力。 有相变和化学反应的系统,可能存在化学势差(吉布斯函数差),称化学不平衡势,引起相变和化学反应,达到相平衡和化学反应平衡。
同样,系统与外界达到平衡也要满足上述平衡条件。因此,处于平衡状态的系统应既无外部势差又无内部势差,亦即不存在任何驱使状态变化的不平衡势差。因此平衡态的又一定义是:对于一个状态可以自由变化的热力系,如果系统内以及系统与外界的一切不平衡势均不存在,则热力系一切可见的宏观变化将停止,这时热力系处于平衡状态。热力学平衡
热力学平衡  
不平衡势差是驱使系统状态变化的原因,是本质,而处于平衡状态的系统,状态不随时间变化是不平衡势差消失的结果,是现象。热力学大部分是关于平衡态的理论。因此,它不涉及时间变量。