平衡態可由哪些宏觀物理量描述

Ⅰ 平衡態及相律

地球化學過程一般都不是可逆過程,也沒有達到完全的平衡狀態。但是因為有亞穩態存在,不同地質歷史時期地球化學過程的結果才能保存到現在。另一方面,動力學的研究表明,許多地球化學過程的速度與地質作用時間的綜合結果,是可以達到或接近平衡的。根據Barton(1985)和Henley等(1984)的估計,自然界各種反應達到平衡所需要的時間為:大多數均相溶液反應在瞬間到一小時完成;氣相反應與石英沉澱需要一天到幾十年;硫化物的沉澱和溶解為幾秒鍾到上百年;硫化物和硫酸鹽的平衡及與Na、K和Ca的反應為幾天到幾千年;氧化物、固相反應和難溶硫化物從幾天到幾萬年。因此,在大多數情況下地球化學過程可以用平衡態的結果來近似處理,同時平衡態的研究結果通常也可以作為非平衡態研究的參照和基礎。

4.1.3.1 平衡態

平衡態是指在沒有外界影響的條件下,體系長時間保持宏觀物理化學參量不隨時間發生變化的狀態。

自然過程常用的平衡態判據有:

地球化學

由於自然系統的物理化學條件在不斷發生變化,自然過程可能很難達到平衡態,但自然界應該廣泛存在准平衡態,以下是自然界存在准平衡態的證據:

(1)不同時代、不同地區的同類岩漿岩有相同的礦物組合,如花崗岩總是主要由長石、石英、雲母組成的;

(2)如圖4.1所示,當岩石的化學成分不變,而環境的物理化學條件發生變化時,礦物組合會發生規律變化,如純橄欖岩隨CO₂分壓的不斷增高,將逐步轉變成菱鎂鐵礦+蛇紋石、滑石、石英;

圖4.1 隨CO₂分壓增高橄欖石蝕變礦物組合的規律變化

(3)自然界的礦物種數有限,在自然過程產物(岩石)中礦物數與組分數之間的關系符合相律。

4.1.3.2 相平衡

相平衡定律——系統中各相的數量不會影響體系中相的總數、各相的組成和性質之間的平衡,稱為相平衡定律。如:在氣液平衡的體系中,不論液體和蒸氣的量有多少,在一定的溫度下蒸氣壓是一定的。又如固液平衡中,NaCl晶體與水溶液達到平衡時,無論NaCl晶體與水溶液的量各為多少,NaCl晶體和水溶液的組成都不會發生變化。

4.1.3.3 相律

體系處於平衡態時,體系內的相數服從相律,相律是反映體系內自由度與組分數和相數間關系的數學表達式。在一個達到相平衡的物質體系中,相的總數Ψ,溫度、壓力以及規定各個相組成的其他參量中可以獨立變動的參量的總數φ,與物質體系中組分的總數x之間存在下列簡單關系:

地球化學

這個關系式稱為相律。當體系處於平衡態時,體系內的相數服從相律。吉布斯相律是被廣泛應用的熱力學相律,哥爾德斯密特相律和柯爾任斯基相律是在地球化學研究中推導的相律,它們的表達式分別如下:

地球化學

式中:F為自由度,是能在一定范圍內自由變化而不改變體系平衡的熱力學(強度)參數的數目;K為組分數;Φ為相數,相是指在其內部有一定的化學成分、與其他相之間存在物理化學界面的物質組分,如岩石中的礦物即為相,礦物數即為相數。只要研究過程的熱力學平衡問題,都可以應用吉布斯相律。

地球化學

式中:F為自由度;φ為相數;K為獨立組分數。該相律主要適用於區域變質作用過程的熱力學平衡分析。如在區域變質岩中通常有10種氧化物,但僅有6種為獨立組分,故相數φ≤6。

地球化學

式中:φ為相數;K惰為惰性組分數。該相律主要應用於交代變質作用過程的熱力學平衡研究。由柯爾任斯基相律可知交代變質過程的穩定礦物數由體系中的惰性組分數決定,如矽卡岩化過程惰性組分為Al、Si和Ca,故當矽卡岩化過程達到平衡後,岩石中礦物的種數應少於3。

4.1.3.4 相平衡的質量作用定律

在達到相平衡的兩相(A,B)中,每個組分在兩個相間相互轉化的分子數是相等的,即在單位時間內由相A向相B轉變的分子數i和由相B向相A轉變的分子數j相等。

單位時間內由相A向相B轉變的分子數與該組分在相A中的有效濃度成正比,反向轉化的分子數與該組分在相B中的有效濃度成正比。有效濃度又稱活度,一般用α來表示。因此組分在兩相中的量是否達到相平衡與組分在兩相中的質量(濃度)有關。

Ⅱ 熱力學系統的狀態總可以用三個參量確定

熱平衡與熱力學第零定律 熱平衡：兩個系統的狀態不再隨時間變化，冷熱程度變得一樣，稱這兩個系統彼此達到熱平衡。 熱力學第零定律：與第三個系統處於熱平衡的兩個系統，彼此也一定處於熱平衡。值得注意的是熱力學第零定律是實驗定律，不是邏輯推論的結果。 溫度 熱力學第零定律指出，如果A，B兩個系統都與C系統熱平衡，則A,B系統也彼此熱平衡。從這個定律可以推證，互為熱平衡的系統具有一個數值相等的態函數，這個態函數就定義為溫度。 熱力學第零定律的實質，是指出溫度這個態函數的存在，這個態函數所表述的物理量溫度是反映系統熱平衡宏觀性質的量。 從微觀角度看溫度實際上是表示系統內部分子熱運動劇烈程度的物理量。

Ⅲ 耗散結構理論的平衡態

遠離平衡態是指系統內可測的物理性質極不均勻的狀態，這時其熱力學行為與用最小熵產生原理所預言的行為相比，可能頗為不同，甚至實際上完全相反，正如耗散結構理論所指出的，系統走向一個高熵產生的、宏觀上有序的狀態。
遠離平衡態是相對於平衡態和近平衡態而言的。平衡態是指系統各處可測的宏觀物理性質均勻(從而系統內部沒有宏觀不可逆過程)的狀態，它遵守熱力學第一定律：dE=dQ-pdV，即系統內能的增量等於系統所吸收的熱量減去系統對外所做的功；熱力學第二定律：dS/dt>=0，即系統的自發運動總是向著熵增加的方向；和波爾茲曼有序性原理：pi=e-Ei/kT，即溫度為T的系統中內能為Ei的子系統的比率為pi. 近平衡態是指系統處於離平衡態不遠的線性區，它遵守昂薩格倒易關系和最小熵產生原理。前者可表述為：Lij=Lji，即只要和不可逆過程i相應的流Ji受到不可逆過程j的力Xj的影響，那麼，流Ji也會通過相等的系數Lij受到力Xi的影響。後者意味著，當給定的邊界條件阻止系統達到熱力學平衡態(即零熵產生)時，系統就落入最小耗散(即最小熵產生)的態。

Ⅳ 平衡態的物理意義，謝謝各位大神了

平衡態，是指系統的這樣一種狀態，即在沒有外界（指與系統有關的周圍環境）影響的條件下，系統各部分的宏觀性質長時間內不發生變化的狀態。這里
所說的沒有外界影響，是指系統與外界之間不通過作功或傳熱的方式交換能量，否則系統就不能達到並保持平衡態。由於實際中並不存在完全不受外界影響，並且宏
觀性質絕對保持不變的系統，所以平衡態只是一個理想化的概念，它是在一定條件下對實際情況的抽象和概括
熱平衡是同一物體內或在可相互進行熱交換的幾個物體間，既不發生熱的遷移，也不發生物質的相變而具有相同溫度的狀態。
平衡態是對一個系統來說的，熱平衡是對兩個系統的關系的描述，它是指兩個系統具有相同的溫度。

Ⅳ 自然界的四個平衡態是什麼

（1）在物理學中，把所研究的對象稱為

系統

．描述狀態參量物理量，叫做的狀態參量．常用的三個狀態參量

體積

、

壓強

壓強、

溫度

．
（2）把不同壓強、不同溫度的氣體混在同一容器（體積一定）中，如果容器與外界沒有熱交換，經過一段時間後，容器內各點的溫度、壓強變得一樣．這時我們就說系統達到了

平衡態

，否則系統就是

非平衡態

．當系統處於

平衡態

時，系統所有性質都不隨時間而變化．
（3）如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那麼這兩個系統彼此之間也必定處於

熱平衡

，這個結論稱為

熱平衡定律

．
（4）一切達到熱平衡狀態的系統都具有相同的

溫度

．
（5）常用的兩種溫標是

攝氏溫標

、

熱力學溫標

，它們的關系是

T=t+273K

．

Ⅵ 什麼是平衡態

剛學熱力學的時候，我也有這種疑惑。因為國內很多教材在介紹平衡態的時候，都是說「孤立系統在經歷足夠長時間後，達到宏觀性質不隨時間變化的狀態叫平衡態」，所以很自然會認為只有孤立系統才能達到平衡態。後來，又看到一些書上說「在沒有外界影響的條件下，系統……」，又覺得其他系統也能達到平衡態。

我現在的理解是，書上說的這些限制條件，只是對平衡態形成過程的一個形象的舉例，並不是平衡態的判斷標准和定義。具體的標准和定義應該有兩點：

1.系統宏觀性質不隨時間變化；

2.在任一時刻，系統與外界、系統內部各部分之間，沒有宏觀的物質與能量交換和流動。

因此，即使對於開放系和封閉系，同樣存在平衡態。比如把一杯熱水放在室溫下，不考慮蒸發（封閉系）。初始時，水溫不斷降低，宏觀性質隨時間變化，不是平衡態。時間很長後，水溫與環境一致，宏觀性質不再變換，此時也沒有與環境的熱交換了，內部也沒有熱流。此時就是平衡態。如果這時將水用一個孤立的容器包起來，構成孤立系統，其狀態顯然不會發生變化（這點很重要），因此又可以用孤立系統的平衡態定義來對其進行判斷。

我的理解，不同系統的平衡態其實也是有差別的。但是這主要是物理量漲落的差別，宏觀量的平均值是一樣的。不過在熱力學里，通常考慮的是具有非常多粒子數的系統（熱力學極限），此時，可以證明，漲落很小趨於零，因此，任何系統條件的平衡態都是一樣的。

Ⅶ 氣體在平衡態時有何特徵氣體的平衡態與力學中的平衡態有何不同

答;系統處於平衡狀態時,系統和外界沒有能量交換,內部也沒有化學變化等任何形式的能量轉換,系統的宏觀性質不隨時間變化。對氣體來說,系統狀態的宏觀參量有確定數值,系統內部不再有擴散、導熱、電離或化學反應等宏觀物理過程發生。

與力學中的平衡相比較,這是兩個不同的理想概念。力學中的平衡是指系統所受合外力為零的單純靜止或勻速運動問題。而熱力學中的平衡態是指系統的宏觀性質不隨時間變化。但組成系統的分子卻不斷地處於運動之中,只是與運動有關的統計平均量不隨時間改變,所以這是一種熱動平衡。

Ⅷ 從力和流的角度說明平衡態與定態有什麼不同

平衡態是指研究對象是由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統，在外界條件不變的情況下，宏觀狀態不隨時間變化的狀態。定態的意思是微觀粒子具有波一立二象性，可以用幾濾波來描述這些粒子的狀態是隨時間變化的。
1)研究角度不同。平衡態是從宏觀的角度出發來研究宏觀物質的狀態;而定態是從微觀的角度出發來研究微觀粒子的狀態的。2)研究對象不同。平衡態對應的研究對象是由大量微觀粒子組成的宏觀物質系統;定態所對應的研究對象是微觀粒子。3)描述系統時所處的環境不同。處於熱力學平衡態的系統是一個孤立系統,因而,平衡態是一個理想化的概念;

Ⅸ 熱力學的平衡態特性

系統的狀態是由其全部的狀態參量及其變化來加以確定的。經驗證明，沒有外界影響的條件下，系統的各部分的宏觀性質總會趨向一個長時期不發生變化的狀態，稱為平衡態。只當系統處於平衡態時，其狀態參量才有確定的數值和意義。處於平衡態的定量系統，其狀態參量之間存在確定的函數關系，表示這種函數關系的數學關系稱為該系統的狀態方程。對於不受外場作用並處於平衡態的單元均勻系，為描述和確定系統所處的狀態只需三個狀態參量，它們是溫度T、體積V和壓強p，故狀態方程為F(T,V,p)=0。說明為了確定這樣的系統所處於的狀態，只有兩個狀態參量是獨立的，它們可是(p,V)，也可是(p,T)或(T,V)。一切可用來描述和確定系統所處狀態並是系統獨立狀態參量單值函數的物理量稱為系統的狀態函數或態函數。如對於一個單元均勻系，取(p,V)作為獨立的狀態參量時，溫度T就是態函數。熱力學中常用的態函數有內能U、焓H、熵S、自由能F和自由焓G等。

Ⅹ 大學常見的狀態函數

大學中狀態函數有哪些
2020-11-20 20:15:08
1.大學化學 當系統的什麼確定時,各狀態函數皆有確定值
狀態函數：表徵和確定體系狀態的宏觀性質。

在求各種熱力學函數時，通常需要作路徑積分（pathintegral），若積分結果與路徑無關，該函數稱為狀態函數，否則即稱為非狀態函數o例如：溫度、壓力、體積、密度、能量、形態等，還有熱力學函數：U、H、G、S等。狀態函數的特徵：狀態函數的變化值只取決於系統的始態和終態，與中間變化過程無關。

並非所有的狀態函數都是獨立的，有些是相互關聯、相互制約的。例如：P、V、T、n四個只有三個是獨立的。

有些狀態函數，如V和n，所表示的體系的性質具有加和性，稱體系的量度性質或廣延性質。有些狀態函數如P和T等，所表示的性質不具有加和性，稱體系的強度性質。

態函數熱力學函數（熱力學參數）是描述處於平衡態的熱力學系統的宏觀物理量。處於平衡態的熱力學系統，各宏觀物理量具有確定的值，並且這些物理量僅由系統所處的狀態所決定，與達到平衡態的過程無關，所以也被稱之為狀態函數。

熱力學函數有時候也被稱作熱力學勢，但「熱力學勢」的時候是特指下面提到的四個具有能量量綱的熱力學函數。系統的熱力學函數一般存在一定的相互依存關系，可以任意選取其中的獨立變數，而把其他的量看作它們的函數。

熱力學函數只間的依存關系具有普適性。簡單系統的的熱力學函數簡單熱力學系統一般具有以下熱力學函數，可以任意選區其中兩個作為獨立變數：.體積.壓強.溫度.熵.內能.焓.吉布斯自由能.亥姆霍茨自由能熱力學勢上面給出的熱力學函數中，後四個具有能量的量綱，單位都為焦耳，這四個量通常稱為熱力學勢。

內能U有時也用E表示亥姆霍茨自由能A=U−TS也常用F表示焓H=U+PV吉布斯自由能G=U+PV−TS其中，T=溫度，S=熵，P=壓強，V=體積分別選取T,S,P,V中的兩個為自變數，它們的微分表達式為：dU=TdS-PdVdF=-SdT-PdVdH=TdS+VdPdG=-SdT+VdP通過對以上微分表達式求偏導，可以得到T,S,P,V四個變數的偏導數間的「麥氏關系」。

2.什麼是狀態函數
狀態函數，即指表徵體系特性的宏觀性質，多數指具有能量量綱的熱力學函數（如內能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能）。主要應用於工程領域。

狀態函數只對平衡狀態的體系有確定值，其變化值只取決於系統的始態和終態。另外，狀態函數之間相互關聯、相互制約。

狀態函數按其性質可分為兩類，即廣度性質和強度性質，其區別在於是否與物質的量有關。

體系的一切宏觀性質包括物理性質和化學性質的綜合稱為狀態。一個確定的體系具有一定的狀態。描述體系狀態的宏觀物理量稱為狀態性質或熱力學性質。它是體系的屬性，同一體系的各個狀態性質之間是相互關聯和制約的，通常可用連續函數來表達。

其中某幾個性質確定以後，其他所有的性質隨之而確定。所以要描述一個體系的狀態，沒有必要把所有的性質都加以說明。

例如，對於理想氣體，可以把描述狀態性質的等式V=nRT/P用V=f(n,T,P)函數關系來表示。我們把n,T,p這類作為描述狀態性質所需的最少獨立變數稱為狀態變數，而把V這類依賴其他狀態變數的狀態性質稱為狀態函數。