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平衡态 稳态

1、一金属杆一端置于沸水中,另一端和冰接触,当沸水和冰的温度维持不变时,则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。试问金属杆这时是否处于平衡态?为什么?

答:金属杆可视为一热力学系统,沸水和冰都是它的外界,根据平衡态的定义,虽然杆上各点的温度将不随时间而变化,但杆与沸水和冰仍有热量交换,也就是外界和系统不断有能量的交换,系统受到外界的影响。因此金属杆不是处于平衡态,而是处于非平衡稳定态。

2、气体的平衡状态有何特征?当气体处于平衡状态时还有分子热运动吗?与力学中所指的平衡有何不同?实际上能不能达到平衡态?

答:系统处于平衡状态时,系统和外界没有能量的交换,也没有物质变化(内部化学变化)等,系统的宏观性质

不随时间变化。系统状态的宏观参量有确定数值(系统内部不再有扩散、导热、电离或化学反应等宏观物理过程发生)。

气体处于平衡态时,组成系统的分子仍在不停地运动着,只不过分子运动的平均效果不随时间变化,表现为宏观上的密度均匀,温度均匀和压强均匀。

与力学中的平衡相比较,这是两个不同的理想概念。力学中的平衡是指系统所受合外力为零的单纯静止或匀速运动问题。而热力学中的平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化。但组成系统的分子却不断地处于运动之中,只是与运动有关的统计平均量不随时间改变,所以这是一种热动平衡。

平衡态是对一定条件下的实际情况的概括和抽象。实际上,绝对的完全不受外界条件变化影响的平衡状态并不存在。