[科普中国]-热动平衡

定义

当系统处于平衡状态时，其宏观物理性质是不随时间变化的，但从微观方面来看，组成系统的粒子却处于永不停息的热运动之中。在热力学中的平衡是动的平衡，故称作“热动平衡”。例如，若将两个处于不同温度的铜块放在一起，将发生热量的传递，直到两个物体的温度相同时，这两个物体就处于热平衡。液体与其相接触的饱和蒸气处于平衡状态。从宏观上看，压强、密度、温度等是不变化的。在这种情况下，分子仍在从液态变成气态，同时分子以同样速率从蒸气回到液体。因此称这种类型的平衡为热动平衡。

热动平衡状态简称平衡态。物质系统在不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化的状态。对于平衡态应这样理解：①外界影响是指传热和作功；②系统处于平衡态是热动平衡状态，系统的宏观性质不随时间变化，但微观上分子的热运动是永不停息的，通过气体分子的热运动和相互碰撞，在宏观上表现为系统各部分的密度均匀、温度均匀和压力均匀的热动平衡状态；③平衡态是一个理想概念，因为系统达到了平衡态以后，表示系统状态的宏观参量仍可能发生离开平衡态的微小偏差；④只有当系统是均匀系(单相系)无外力场作用且处于平衡态对，系统内各部分的宏观参量才均匀一致，处处相等。2

局部热动平衡为了近似地描述恒星大气的物理状态，K．史瓦西和米尔恩分别于1906和1921年各自提出了局部热动平衡假设。根据这个假设，恒星大气内任一局部小区域，都可以引入一个局部温度来表征它的热状态。在这个小区域内，电子的速度分布、原子的激发和电离状态、物质和辐射的相互作用等，都可以用与局部温度等物理参数相对应的热动平衡关系——麦克斯韦速摩分布律、玻耳兹曼公式、萨哈公式和基尔霍夫定律等来描述。3