10.2.2　热力学平衡态

为了便于说明平衡态与非平衡态的概念,我们设想有一封闭容器被隔板分成A、B两室。A室充有气体,B室为真空。当把隔板打开后,A室的气体分子就会向B室运动,这一过程称为气体的自由膨胀过程。在气体自由膨胀的过程中,容器内各处的压强、分子数密度是不相同的,而且随时间在变化。系统的这种状态称为非平衡态。如果系统没有外界影响,经过一定时间后,系统内各处的宏观性质将达到一个稳定的状态,不再随时间变化。这种在没有外界影响的情况下,系统的宏观性质长时间不发生变化的状态称为平衡态。

所谓没有外界影响是指系统和外界没有任何形式的能量交换与物质交换。实际上,系统不受外界影响是不可能的,因此系统内各种宏观性质绝对不变的状态也是不存在的。所以,平衡态只是一种理想状态,它是对一定条件下,系统处于相对稳定状态的理想化。另外,气体达到平衡态时,虽然其宏观性质保持不变,但从微观上看,各个分子仍在做无规则热运动,因此平衡态是一种热动平衡。