2019年注冊巖土工程師基礎(chǔ)知識點：平衡態(tài)

平衡態(tài)

1、系統(tǒng)與外界

熱力學(xué)系統(tǒng)(簡稱系統(tǒng))——由大量分子原子組成的物體或物體系。

注意：主要研究氣體系統(tǒng)，固體和液體系統(tǒng)的熱力學(xué)問題不在這里研究。

外界—— 一個熱力學(xué)系統(tǒng)所處的外部環(huán)境。

2、系統(tǒng)分類

孤立系統(tǒng)：與外界既不交換能量又不交換物質(zhì)的系統(tǒng)。

開放系統(tǒng)：與外界既交換能量又交換物質(zhì)的系統(tǒng)。

封閉系統(tǒng)：與外界交換能量而不交換物質(zhì)的系統(tǒng)。

均勻系(單相系)：系統(tǒng)的各部分完全一樣。

非均勻系(復(fù)相系)：系統(tǒng)的各部分不同且有界面。

3、平衡態(tài)

定義：在不受外界影響(外界對系統(tǒng)既不做功又不傳熱)的條件下的熱力學(xué)系統(tǒng)，宏觀性質(zhì)不隨時間變化的狀態(tài)。

熱力學(xué)平衡態(tài)包括力學(xué)平衡、化學(xué)平衡、熱平衡和相平衡。

這四種平衡都達到才稱熱力學(xué)平衡態(tài)。

注意：熱力學(xué)平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別

熱力學(xué)平衡

無熱流：熱學(xué)平衡條件，系統(tǒng)內(nèi)部溫度處處相等。

無粒子流：力學(xué)平衡條件，系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間、系統(tǒng)與外界之間應(yīng)達到力學(xué)平衡，通常情況下反映為壓強處處相等。

化學(xué)平衡：化學(xué)平衡條件，即在無外場下系統(tǒng)各部分的化學(xué)組成應(yīng)是處處相等。

可以用p、V、T圖來表示。只要上述三個條件一個得不到滿足，就是非平衡態(tài)，不能用p、V、T圖來表示。

4、討論

1)事實上，并不存在完全不受外界影響，從而使得宏觀性質(zhì)絕對保持不變的系統(tǒng)，所以平衡態(tài)只是一種理想模型，它是在一定條件下對實際情況的抽象和近似。

2)由于永不停息的熱運動，各粒子的微觀量和系統(tǒng)的微觀態(tài)都會不斷地發(fā)生變化。但只要粒子熱運動的平均效果不隨時間改變，系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)性質(zhì)就不會隨時間變化。因此，確切地說平衡態(tài)應(yīng)該是一種熱動平衡的狀態(tài)。

3)在平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的宏觀物理量仍會發(fā)生微小的變化，稱為漲落。組成系統(tǒng)的微觀粒子數(shù)量極大時，這種漲落很小從而可以忽略。在熱力學(xué)中可以認(rèn)為平衡狀態(tài)下系統(tǒng)的宏觀物理量具有確定的數(shù)值。

5、平衡態(tài)的特點

1)單一性(p,T)處處相等;

2)物態(tài)的穩(wěn)定性——與時間無關(guān);

3)自發(fā)過程的終點;

4)熱動平衡，有別于力平衡。

6、非平衡態(tài)

在自然界中，平衡態(tài)是相對的、特殊的、局部的與暫時的，不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經(jīng)常的。