2019年注冊巖土工程師基礎(chǔ)知識點(diǎn):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(gè)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(shí)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(dá)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(dá)到力學(xué)平衡,通常情況下反映為壓強(qiáng)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(gè)條件一個(gè)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(shí)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(shí)際情況的抽象和近似。
2)由于永不停息的熱運(yùn)動(dòng),各粒子的微觀量和系統(tǒng)的微觀態(tài)都會(huì)不斷地發(fā)生變化。但只要粒子熱運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間改變,系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)性質(zhì)就不會(huì)隨時(shí)間變化。因此,確切地說平衡態(tài)應(yīng)該是一種熱動(dòng)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(huì)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(shí),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(diǎn)
1)單一性(p,T)處處相等;
2)物態(tài)的穩(wěn)定性——與時(shí)間無關(guān);
3)自發(fā)過程的終點(diǎn);
4)熱動(dòng)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(shí)的,不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經(jīng)常的。
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