不平衡热力过程
01热力学第一定律
汽车发动机原理
1.4.3 热力学第一定律 四种基本热力过程 1.3
定压过程：n=0，斜率 定容过程：n=，斜率
dp p n dv v
定温过程：n=1，斜率
等熵过程：n=k，斜率
dp 0 dv p dp dv v p dp v dv T p dp k v dv k
郑州交通职业学院汽运系
汽车发动机原理
1.3 热力学第一定律
• 对于理想气体，方程式可以简化为 h=u+pv=u+RT=f(T) • 说明理想气体的焓值与内能一样，也是温 度的单值函数。或者说在开口系统中，焓 是内能和流动功之和。即焓代表随流动工 质传递的总能量，因为在闭口系统中，没 有物质交换，所以不代表流动功。焓只是 一个复合的状态参数。
开口系统稳定流动方程 • 对1 kg工质而言，有：q h wt • 对微元过程而言，有： δq dh δwt 1）第一定律两解析式可相互导出，但只有在开 系中能量方程才用焓。 2）通过膨胀，由热能转化为功， w q u
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1.3 热力学第一定律
• 例1 大型低速船用发动机的膨胀做功过程可以简 化为定压过程，假设活塞上止点气体压力为1MPa， 体积为0.35m3，活塞在下止点时体积为1.15m3， 膨胀过程中气体热力学能增加了40kcal，试求空气 所做的膨胀功及膨胀过程中所需要的热量 （1kcal=4.1868kJ）。
《工程热力学》第二章—热力学基本定律
气体在始、终 气体在始、 态1和2之间所经历 和 之间所经历 的热力过程， 的热力过程，与外 界交换的功量可用 p-v图上 曲线与 图上1-2曲线与 图上 横坐标之间所包围 的面积来表示。 的面积来表示。
由于p-v图具有能表达热力过程中功量交换的重要性质 图具有能表达热力过程中功量交换的重要性质， ◆ 由于 图具有能表达热力过程中功量交换的重要性质， 所以在工程上把p-v图称之为示功图。 所以在工程上把 图称之为示功图。 图称之为示功图 对于质量为m的系统， 换为p-V图 对于质量为 的系统，把p-v换为 图。 的系统 换为 系统对外作功， 为正值 亦即若气体膨胀， 为正值， ◆ 系统对外作功，W为正值，亦即若气体膨胀，系统体积增 为正值， 为正值 为正值， 大，过程线沿右行，dv为正值，W为正值，表示气体对外 过程线沿右行， 为正值 界作功，具有膨胀功的性质。 界作功，具有膨胀功的性质。 系统接受外界对之作功， 为负值 亦即气体被压缩时， 为负值， ◆ 系统接受外界对之作功，W为负值，亦即气体被压缩时， 系统体积缩小，过程沿左行， 为负值 这时W亦为负 为负值， 系统体积缩小，过程沿左行，dv为负值，这时 亦为负 值，表示气体接受外界对之做功，具有压缩功的性质。 表示气体接受外界对之做功，具有压缩功的性质。
2.2.1 功
一、定义
● 在力学中，功的定义为：物体所受的力F和物体在 在力学中，功的定义为：物体所受的力 和物体在 力的方向下的位移X的乘积， 力的方向下的位移 的乘积，即W＝FX。 的乘积 。 ●在热力学中，系统与外界相互作用而传递的能量， 在热力学中，系统与外界相互作用而传递的能量， 若其全部效果可表现为使外界物体改变宏观运动状 态，则这种传递的能量称为功。 则这种传递的能量称为功。
工程热力学热力学基础知识
（3）标准大气压：指纬度为45o海平面上的常年平 均气压（物理大气压）
1标准大气压=1atm=760mmHg=101325pa
13
2.温度
（1）定义：标志物体冷热程度的物理量。
1 2 mc BT 2
（2）物理意义：反映物质内部分子作不规则热
运动的剧烈程度，也即分子平均动能的大小。
14
（3）温标：温度的数值标尺。温标的建立必须确
32
2.热量的符号与单位 热量：用Q表示，国际单位制中，热量 的单位是焦（耳），用J表示。工程上常 用千焦（kJ）表示， 1kJ=1000J 比热量：1kg气体与外界交换的热量，用 q表示，单位为J/kg。（q=Q/m）
33
3. 热量的计算 既然可逆过程中体积的变化是作功的标志， 那么在可逆传热过程中也应该存在某一状态 参数可用来作为热量传递的标志。我们就定 义这个新的状态参数为“熵”,以符号S表示， 而且这个参数具有下列性质： 熵的定义式：微元可逆过程中，dS=Q/T，单 位：kJ/k或J/k 比熵：s=S/m, 则ds=q/T，单位：kJ/（kg.k） 或J/（kg.k）
（2）实现平衡的条件 热平衡：组成热力系统的各部分之间没有热量的传递。 力平衡：组成热力系统的各部分之间没有相对位移。 （3）研究平衡状态的意义 只有平衡状态是可以描述的（平衡状态下，工 质各点相同的状态参数均匀一致，具有确定的数值）
非平衡热力学
非平衡热力学
非平衡热力学是一门涉及物理和化学系统处于发展状态的研究领域，它旨在研究系统不仅受到内在能量耦合作用的影响，而且还受到外在热力学作用，比如动力学作用、化学作用、重力作用等，对系统行为的影响，以及随着系统发展形成的实际状态，从而研究系统的宏观物理性质和化学属性。
非平衡热力学的经典理论是由瑞士物理学家贝尔曼提出的，他认为真正的物理性质和化学属性是系统从一种平衡状态过渡到另一种非平衡状态的中间状态而形成的。在贝尔曼的非平衡热力学理论还没有形成之前，人们认为一个物理或者化学系统只有当内部能量耦合恒定，外部温度及压强也保持稳定的情况，系统才能放缓下来，形成稳定的平衡状态。贝尔曼的非平衡热力学理论完全改变了这种观点，他指出，实际上系统可以从某种平衡状态发展成另一种非平衡状态，而这种状态的改变可以由内耗、热和动能维持，即使外部温度及压强波动时，系统也可以在一定范围内维持非平衡状态。
非平衡热力学依据这种理论关于系统状态的变化，提出了“不平衡热力学因子”（NEE），即系统从平衡状态发展而来的危险因子，被认为是探索系统非稳定状态及其未来发展趋势的重要概念。
现代非平衡热力学的研究已经被应用于许多领域，比如物理反应动力学和化学反应动力学，它可以用来描述非平衡热的系统的过程，以及系统可能产生的不同状态。
除了传统的物理和化学系统，非平衡热力学也应用于生物学、气候学、计算机科学等学科，以更深入地研究系统的动态行为，探讨可能会影响到系统未来发展的外在因素。
热学系统中的热力平衡和热力不平衡研究
热学系统中的热力平衡和热力不平衡研究
热力学是研究能量转化和传递的科学分支，而热学系统则是指由物质组成的能
量交换系统。在这个系统中，热力平衡和热力不平衡是两个关键概念。热力平衡是指系统中各部分的温度达到一致的状态，而热力不平衡则是指系统中存在温度差异和能量交换。
在自然界中，热力平衡是普遍存在的，它是系统和环境间的能量转移达到平衡
的结果。热力平衡条件下，系统中的温度、压力和物质的热力性质等相互关联的量是稳定的，并且不会发生变化。这种状态下系统内部能量的分布是均匀的，不存在能量的流动。举个例子，当我们将一杯热水放在室温下放置一段时间后，热水和室温会逐渐达到平衡，即温度趋于相等。这就是典型的热力平衡过程。
然而，在许多情况下，系统的热力状态处于不平衡状态。这种热力不平衡通常
是由于温度差异造成的。在这种情况下，系统内部的能量分布不均匀，并且存在能量的流动。例如，在夏天的炎热天气中，我们走进一个空调房间，会感受到明显的温度差异。这是因为空调系统不断从室外吸收热量，然后释放到室内，使室内的温度降低。这个过程是一个热力不平衡的过程，能量不断从高温环境向低温环境传递。
研究热力平衡和热力不平衡在科学和工程领域有着重要的应用。在能源领域中，了解和控制热力平衡和热力不平衡过程对于提高能源转换效率至关重要。例如，太阳能电池板的工作原理就是通过光的能量转换为电能，这是一个热力不平衡的过程。研究如何有效地捕获和利用光热能量是提高太阳能转换效率的关键。
此外，研究热力平衡和热力不平衡还可以帮助我们理解和预测自然界中的现象。例如，在地球的气候系统中，温室气体的增加导致地球温度升高，这就是一个热力不平衡的过程。通过研究地球系统中的能量转移和平衡，我们可以更好地理解气候变化和全球变暖的原因及其影响，并寻找相应的解决方案。
“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考-最新作文
“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的
几点思考-最新作文
“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考
Reflections on T eaching Reform about the Course of Engineering
Thermodynamics and Heat Transfer
WU Hequan， LIU Zhihong
（College of Automotive and Mechanical Engineering，
Changsha University of Science and Technology， Changsha，Hu'nan 410114）
Abstract This paper analyzes the relationship and difference between the quasi-static process and reversible process in the course of engineering thermodynamics and heat transfer. It has enhanced the understanding of these concepts，in order to deal with the issues related to thermodynamics better.
0 引言
“工程热力学与传热学”是汽车服务工程、热能与动力工程等专业的必修课程。它是研究热能与机械能相互转换及热量传递规律的一门学科。作为工科类的一门专业基础课，对机械工程专业也有重大意义。准静态过程和可逆过程是工程热力学中的基本概念，弄清这两个概念在本学科的学习中显得尤为重要。
第三讲：热力学基本概念2-平衡态、准静态、几种热力过程
.
2 V
4）统一规定：dV>0，膨胀 对外作功（正） dV<0，压缩 外内作功（负） 5）适于准静态下的任何工质（一般为流体） 6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数 7）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别
工程热力学
摩擦损失Friction Loss的影响
若有f 存在，就存在损失 存在 就存在损失 系统对外作功W，外界得到的功 外界得到的功W ’<W 若外界将得到的功W ’再返还给系统，系 统得到的功W’’<W’ p 1 工程热力学 2 p外 则外界、活塞、 系统不能同时恢 复原态 复原态。
平衡：时间上 均匀：空间上
平衡不一定均匀，单相平衡态则一定是均匀的
工程热力学
为什么引入平衡概念？
如果系统平衡，可用一组确切 如果系统平衡 可用一组确切 的参数（压力、温度）描述 但平衡状态是死态，没有能量交换 能量交换 状态变化
如何描述
工程热力学
破坏平衡
状态方程、坐标图
平衡状态可用 组状态参数描述其状态 平衡状态可用一组状态参数描述其状态
上 节回顾 上一节回顾
以系统与外界关系划分： 有 是否传质 是否传热 是否做功 是否传热、功、质
工程热力学
无 闭口系 绝热系 绝功系 孤立系
开口系 非绝热系 非绝功系 非孤立系
上 节回顾 上一节回顾
热能工程与动力类专业知识点--工程热力学知识点讲义整理
工程热力学知识点
1．什么是工程热力学
从工程技术观点出发，研究物质的热力学性质，热能转换为机械能的规律和方法，以及有效、合理地利用热能的途径。
2．能源的地位与作用及我国能源面临的主要问题
3. 热能及其利用
[1]热能：能量的一种形式
[2]来源：一次能源：以自然形式存在，可利用的能源。
如风能,水力能,太阳能、地热能、化学能和核能等。
二次能源：由一次能源转换而来的能源，如机械能、机械能等。
[3]利用形式：
直接利用：将热能利用来直接加热物体。如烘干、采暖、熔炼(能源消耗比例大)
间接利用：各种热能动力装置，将热能转换成机械能或者再转换成电能，
4．.热能动力转换装置的工作过程
5．热能利用的方向性及能量的两种属性
[1]过程的方向性：如：由高温传向低温
[2]能量属性：数量属性、,质量属性 (即做功能力)
[3]数量守衡、质量不守衡
[4]提高热能利用率：能源消耗量与国民生产总值成正比。
1. 1 热力系统
一、热力系统
系统：用界面从周围的环境中分割出来的研究对象，或空间内物体的总和。
外界：与系统相互作用的环境。
界面：假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。
依据：系统与外界的关系
系统与外界的作用：热交换、功交换、质交换。
二、闭口系统和开口系统
闭口系统：系统内外无物质交换,称控制质量。
开口系统：系统内外有物质交换,称控制体积。
三、绝热系统与孤立系统
绝热系统：系统内外无热量交换 (系统传递的热量可忽略不计时，可认为绝热)
孤立系统：系统与外界既无能量传递也无物质交换
=系统+相关外界=各相互作用的子系统之和= 一切热力系统连同相互作用的外界
不平衡过程与非可逆过程的关系
不平衡过程与非可逆过程的关系
引言：
在热力学中，不平衡过程与非可逆过程是两个重要的概念。它们在热力学系统中扮演着不同的角色，但又存在一定的关系。本文将从不平衡过程和非可逆过程的定义、特点和区别入手，探讨它们之间的关系，并分析其在自然界和工程实践中的应用。
一、不平衡过程的定义和特点
不平衡过程是指系统与外界之间存在着温度、压力、浓度等物理量的差异，并且无法实现热力学平衡的过程。在不平衡过程中，系统的各个部分之间存在着强烈的相互作用和能量交换，熵的产生和增加是不可避免的。
不平衡过程的特点包括：
1. 不可逆性：不平衡过程是不可逆的，无法回到初始状态。它是由于系统与外界之间存在着温度、压力、浓度等物理量的差异，导致能量和物质的不可逆流动。
2. 熵的增加：不平衡过程中，系统的熵会增加。熵是描述系统无序程度的物理量，不平衡过程的不可逆性导致了系统的无序程度的增加。
3. 能量的耗散：不平衡过程中，能量会被耗散，转化为其他形式的能量，并最终以热量的形式散失到外界。
二、非可逆过程的定义和特点
非可逆过程是指系统在与外界发生物质和能量交换的过程中，不能恢复到初始状态的过程。在非可逆过程中，系统的状态变化是不可逆转的，不满足热力学平衡条件。
非可逆过程的特点包括：
1. 不可逆性：非可逆过程是不可逆的，无法回到初始状态。它是由于系统与外界之间存在着物质和能量的不可逆交换，导致系统的状态变化无法逆转。
2. 偏离平衡态：非可逆过程中，系统的状态偏离了平衡态。平衡态是指系统处于热力学平衡的状态，而非可逆过程中系统处于偏离平衡态的状态。
热力学中的热力学过程
热力学中的热力学过程
热力学是物理学的一个重要分支，研究的是物质和能量之间的相互转化关系。热力学过程则是指物质在各种条件下发生的能量转移和状态变化。本文将探讨热力学过程的基本概念、热力学过程的分类以及一些实际应用。
一、热力学过程的基本概念
热力学过程是指物质在热力学条件下的状态变化。在热力学中，常用的描述物质状态的物理量有温度、压力、体积和能量等。热力学过程可以分为准静态过程和非准静态过程。
准静态过程是指系统经过一系列无限小的状态变化，每一步都处于平衡态。在准静态过程中，物质系统的状态变化可以用一条连续的曲线表示，曲线上的每一个点都表示系统的一个平衡态。而非准静态过程则是指系统处于不平衡态，无法通过连续曲线描绘。
在热力学过程中，最重要的概念是热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律是能量守恒定律，它表明在一个封闭系统中，能量的增减等于系统对外做功与系统吸收的热量之和。热力学第二定律则是关于热传递方向的定律，它表明热量只能从温度高的物体传递到温度低的物体。
二、热力学过程的分类
根据热力学过程中各个物理量的变化方式不同，我们可以将热力学过程分为四类：等压过程、等温过程、等体过程和绝热过程。
1. 等压过程：在等压过程中，物体的压强保持不变。例如，在压力
恒定的容器中，物质的体积发生变化，但压强保持不变。等压过程常
见于实际生活中的一些过程，例如加热气体使其膨胀，活塞上升等。
2. 等温过程：在等温过程中，物体的温度保持不变。等温过程常见
于热力学实验和工业生产中，例如加热一定量的水使其达到沸腾状态。
非平衡态相变热力学
非平衡态相变热力学
热力学是研究能量转化与能量传递规律的科学，而相变热力学是研究物质在不同相态之间转变时所伴随的热力学性质和规律的分支学科。一般来说，相变是指物质在一定条件下，由一种相态转变为另一种相态的过程。常见的相变有固体的熔化、汽化、液体的冷凝、冷冻等。
在热力学中，我们通常研究的是平衡态的相变，即物质在达到热力学平衡时的相变过程。然而，在现实世界中，很多相变过程并不是在平衡态下进行的，而是在非平衡态下发生的。非平衡态相变热力学研究的正是这种非平衡态下的相变过程，它与平衡态相变热力学有着密切的联系，但又有其独特的研究内容和方法。
非平衡态相变热力学的研究内容主要包括非平衡态下的相变动力学过程和相变过程中的非平衡态热力学性质。相变动力学研究的是相变的速率和机制，它关注的是相变过程的动态行为。相变过程中的非平衡态热力学性质则是指在相变过程中，热力学性质的变化和演化。非平衡态相变热力学的研究对于理解和描述相变过程的动态行为以及相变过程中的热力学性质变化具有重要意义。
非平衡态相变热力学的研究方法主要包括实验研究和理论模拟两种。实验研究是通过设计和进行相应的实验来观测和测量非平衡态相变过程中的各种物理量，以获取相变动力学和热力学性质的实验数据。
理论模拟则是通过建立相应的数学模型和计算方法，对非平衡态相变过程进行模拟和计算，以获得相变过程的动态行为和热力学性质的理论结果。
非平衡态相变热力学的研究成果不仅可以用于解释和预测实际物质的相变行为，还可以应用于材料科学、能源科学、生命科学等领域的研究。例如，在材料科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究材料的相变过程和相变动力学特性，从而指导材料的制备和性能调控。在能源科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究能源转化和储存过程中的相变行为和机制，以提高能源利用效率。在生命科学中，非平衡态相变热力学可以用于研究生物体内的相变过程和相变动力学特性，以揭示生物体的生理功能和疾病发生机制。
热力学知识：热力学中半平衡态和半不平衡态
热力学知识：热力学中半平衡态和半不平衡
态
热力学是研究物质能量和热的关系、热过程、能量转移等方面的
科学。其中，研究热力学系统处于平衡态或不平衡态的态称为热平衡
和热不平衡。热平衡是指系统各个部分间存在相同的温度、压力和化
学势等，并且不会出现任何形式的宏观变化。而热不平衡则是指系统
各个部分的温度、压力和化学势等不同，系统出现了宏观变化或流动。在热力学研究中，半平衡态和半不平衡态是两种非常重要的态。
半平衡态
半平衡态是指系统处于一种特殊的中间态，即靠近热平衡态，但
不完全达到热平衡态的状态。在半平衡态中，系统处于一种微小的无
穷小变化状态，此时可以忽略掉这种微小的变化，那么系统的温度、
压力和化学势等就仍可以被视为相等的。在半平衡态中，系统中的微
观状态是描绘系统状态的函数，能够对系统中宏观特性的变化产生影响。
半平衡态是在对热平衡态分析的基础上发展而来的。在热平衡态中，各个部分之间的温度、压力和化学势等量是相等的，因此热平衡
态可以看做是一种热力学的理想状态。而在实际的物理过程中，要实
现一个热平衡态是非常复杂的，所以半平衡态就成了热力学分析的另
一种态。
半平衡态的一个重要应用是在统计力学中，可以用来计算热平衡
态下体系中的微观状态密度。因为在半平衡态下，系统具有一些小的
扰动，这些小扰动对系统的整体性质几乎没有影响，从而可以视为热
平衡态下的微观状态密度。
半不平衡态
半不平衡态是指系统处于不完全达到热平衡态但又不完全处于热
不平衡态的状态。在这种状态下，系统的一些特征仍然保持着平衡态
的性质，但是又由于外界的一些因素而产生了微小的变化。这种变化
[理学]《热学》第四章 热力学第一定律
![[理学]《热学》第四章 热力学第一定律](https://img.taocdn.com/s3/m/13a3dba9cc22bcd126ff0c6a.png)
dU CV ,mdT
U2 U1 CV ,mdT
T1
i 理想气体的内能 U RT 2
CV ,m
dU m i R dT 2
5. 理想气体定压热容及焓
H U pV U (T ) RT
C p ,m 1 H H m T p T p
四、热功当量(mechanical equivalent of heat)
1卡 = 4.186 焦耳
传递热量和做功是能量传递的两种方式 . 就内能的 变化来说, 外界对系统做功和传递热量是等效的. 数值 等于4160J的功使1kg的水温度升高1℃.
W 与 Q 比较
U改变 方式
特点
能量转换
机械 运动 热运动
U U2 U1 W绝热
我们关心的是内能差, 而不是内能的绝对数值. 所 以在分子物理学范畴不考虑原子核和电子的能量. 内能变化U只与初末状态有关, 与所经过的过程 无关,可以在初、末态间任选最简便的过程进行计 算.
三、热力学第一定律(First law of thermodynamics)
3 解：氩气的摩尔热容：CV ,m1 R 2 5 氮气的摩尔热容： CV ,m 2 R 2
CV ,m 3 水蒸气的摩尔热容：
3R
M1 M2 M3 三种气体总摩尔数： 1 2 3 M m1 M m 2 M m 3
工程热力学及传热学期末试题A
工程热力学及传热学试题
一、选择题（在每个小题四个备选答案中选出一个正确答案）（本大题共20小题，每
小题1.5分，总计30分）
1.热力学一般规定，系统从外界吸热为，外界对系统做功为。（）
A．正／负B．负／负C．正／正D．负／正
2.工质热力学能中的哪个是比体积的函数。（）
A．平动动能B．转动动能C．振动动能D．内势能
3.热力学平衡态是指系统同时处于平衡和平衡。（）
A．质量／压力B．温度／质量C．压力／质量D．温度／压力
4.工质经过一个循环，又回到初态，其热力学能。（）
A．增加B．减少C．不变D．变化不定
5.下列参数哪一个不是状态参数。（）
A．绝对压力B．表压力C．比容D．内能
6.如闭口系统处于热力学平衡状态，则内部工质的。（）
A．压力到处均匀一致B．温度到处均匀一致
C．压力和温度到处都均匀一致D．比容到处均匀一致
7.在刚性容器中，一定质量的空气被300 0C的热源从100 0C加热到300 0C，此过程是。
（）
A．可逆的B．不可逆的C．定容可逆的D．等压不可逆的
8.功状态参数，温度状态参数。（）
A．是／不是B．不是／是C．是／是D．不是／不是
9.dq=du+dw的适用范围是。（）
A．理想工质、可逆过程B．任意工质、可逆过程
C．理想工质、任意过程D．任意工质、任意过程
10.理想气体等温过程中吸入的热量对外做的功量。（）
A．大于B．等于 C ．小于D．无法确定
11.气体的定容比热较定压比热。（）
A．大一些B．大很多C．小D．相等
12.行驶中的汽车刹车时，汽车的动能通过摩擦转化为热能，使轮胎和地面的温度升高；但地面和
第一章 工程热力学基础知识
四、工质的比热
1. 比热：单位量的物质作单位温度变化时所
吸收或放出的热量。
2. 表达式： C dq / dT
3. 定容比热：气体在容积不变的条件下被加热
时的比热 ，C v 。
定压比热：气体在压力不变的条件下被加热
时的比热 ，C
p
。
4. 比热比：
（绝热指数） （等熵指数）
K C
p
/Cv
5. 梅耶公式： C p － C v R
系统吸热 热量为正 热量为负
系统放热
过程量
3. 内能
工质的内能：工质内部所具有的各种能量的总称。 对于理想气体：内能是温度的单值函数 ，工质的内能 是一个状态参数 。 1kg工质的内能： u mkg工质的内能： U
U mu
二、封闭系统能量方程式
已知： 1kg工质封闭在气缸内 进行一个可逆过程的 膨胀作功。
工质在变化过程中压力保持不变的热力过程。 p
2′ 1 2 2′ T
定压
2 1
定容
v
s
三、定温过程
工质在变化过程中温度保持不变的热力过程。
p
2′ 1
T
2′
1
2
2
v s
四、绝热过程
pv
K
定值
系统与外界没有热量交换的情况下发生的热力过程。 等熵过程：可逆的绝热过程。
热力学知识：热力学中的热平衡和热不平衡
热力学知识：热力学中的热平衡和热不平衡热力学是研究热和能量转移的学科，许多研究的现象都与热平衡和热不平衡有关。在本文中，我们将探讨热力学中的热平衡和热不平衡的定义、特征及其应用。
一、热平衡的定义和特征
热平衡是指在相同温度下两个物体之间没有热能量的转移。热平衡是一种动态平衡状态，即物体之间的热传导速率相等，热量的进出仅与传导介质的热导率和物体表面积有关。在热平衡状态下，物体的热力学性质如温度、热容量、熵等都相同。
热平衡的特征是温度的均匀分布以及热量的静止状态。在热平衡状态下，物体的温度时时刻刻保持不变，热量发生的趋势会向同温度的物体传导，直到两个物体达到热平衡状态，此时热量传导达到动态平衡。
二、热不平衡的定义和特征
热不平衡是指两个物体之间的温度差会引起热量的传导。在热不
平衡状态下，热量总是由温度高的物体向温度低的物体流动，直到两
个物体达到热平衡状态。
热不平衡是一种非动态平衡状态，其特征是物体的温度不稳定，
不能保持不变。热不平衡的热流速率取决于热量的源头以及传导介质
的热导率和物体的表面积。
三、热平衡和热不平衡的应用
热平衡和热不平衡在许多领域都有应用。以下是一些应用案例：
1.热平衡适用于热力学实验室中的实验设备，可以确保温度稳定，从而减少精度误差。
2.热平衡也适用于工业冷却模具，可以保证物体表面均匀温度，
避免由于局部温度过高而导致的变形和裂纹。
3.热不平衡适用于热电池，可以通过温度差来产生电势差，从而
转化为电能。
4.在火车汽车制动的情况下，由于制动产生的摩擦会产生大量的
热能，需要进行热不平衡处理，以防止制动器对轮胎的损坏。
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E 欧姆定律，即 J e ke x 式中， k e为电导率；E为电势，J e 为单位时间内通过单位面积的电流。
由于物系的某一客观性质的不均匀而引起的流动现象， 把单位时间内通过单位面积的一切量（质量、能量、动量、 电量）等通称为流，以 J 表示，把引起流动现象的动力称为 力，以 X 表示，以上各种流动现象的经验定律可统一表述为：
傅里叶定律，即
T J Q t x
t 为导热系数； J Q 为单位时间内单位面积上传导的热量。 式中，
扩散—混合物的浓度梯度引起质量迁移
斐克定律，即
J m 为单位时间内单位面积上的传质量。 式中，D为质扩散系数；C为浓度，
导电—导电体中的电位差引起电荷迁移
C Jm D x
L12 X 1 X L22 2
L 2 与L2， 式中，L1， 1 为互唯象系数。 1为 L2， 2 自唯象系数，1，
J 1 L11 方程组也可写成矩阵形式 J 2 L21
L1， 1 和 L2， 2可以根据共轭力与流的特定关系式求出，而且
不可逆过程的热力基础
郭建峰 王玉明 刘志强 杨波 贾宽
线性唯象方程 唯象系数的获得与昂色格倒易定律
1、概念 熵源强度为过程中所有产生不可逆性的各对 共轭流与力的乘积之和；
各种传输过程中的流是由某种力所推动的， 即由某种强来自百度文库参数的梯度所推动；
这种流与力之间存在的关系。
热传导—系统中温度梯度引起的热传递
耦合流存在时的自唯象系数与单独势单独流存在时的唯象系数 Lq ,q 是与 值是不同的 ，例如有热电耦合时热流的自唯象系数 导热系数 值不同。
例如，考察伴随有热传导的物质扩散现象，两种过程都能 引起能量的传输。扩散过程是通过质量传递而实现能量传递； 热传导是通过分子振动传输能量。 每一种过程都孤立起来考虑，则导热方程中没有扩散引起 的项： J L X
减少需通过实验确定的Li，k的数量
指出各种力之间相互影响是等价的，无需区 分其重要性。
总结：
线性唯象方程式：
J i Li，k X k
k
(i 1,2,...,n)
Jk X k
昂色格倒易定律
k 1 n
自唯象系 数 互唯象系 数
Lj,k Lk，j
J i Li，k X k
k
(i 1,2,...,n)
第 i 种流， 第 k 种力，指温度、电位、浓度等 如 电流、热流、 物质流等 Li,k：i＝k—自唯象系数，表明是在共轭力与流之间的系数； i≠k—互唯象系数，表明了是联系耦合关系的。 例如：
J1 L1， 1 X 1 L1, 2 X 2
1 1， 1 1
扩散方程中没有导热引起的项：
J 2 L2， 2X2
因各个扩散的分子都携带能量，故物质的扩散对能量流有 影响，扩散影响应该包含在热流通量J1中；热传导对扩散有影 响，描述质量扩散的方程内应包含引起热传导的力，于是
J1 L1， 1 X 1 L1, 2 X 2
质量传递（扩散）对能量 传递影响的互唯象系数
流与力成正比
即线性唯象关系式：
J LX
唯象系数，是常数，是独立于 X 和 J 的系数
耦合现象
自然界中有许多现象是相互联系的，产生某种流的 不一定只有它的共轭力，也存在其他影响力，几种力之 间会相互发生影响，这些现象称为干涉，或者称之为耦 合。
当不可逆过程中的一种流受多种力支配时，它们之间的 这种关系可以写成一个方程式，即线性唯象方程式：
2.互唯象系数 互唯象系数的测定较为困难，原因在于实验中严格地把其 他各种因素的影响隔离开来是十分不易的。
现假设在某一不可逆过程中有两种力存在，因此特有两种 与之相 应的共轭流，并可能相互产生干涉。
3.昂色格倒易定律
J1 L1， 1 X 1 L1, 2 X 2
J 2 L2， 1 X 1 L2 , 2 X 2
J 2 L2， 1 X 1 L2 , 2 X 2
热传递（扩散）对质量 传输影响的互唯象系数
根据第二定律，任何产生耗散效应的过程，都将导致熵产 生，所以利用熵产生概念统一各种不可逆传输过程中流和力的 选择，建立相互干扰现象之间的内在联系是可能的。
于是1931年，昂色格提出了这一著名定律：对共轭的流与 力作适当的选择整理，使之满足熵源强度方程
需指出：1.该方程式适用于距平衡不远的系统。2.有些 现象之间并没有联系，例如传热、传质都不能与化学反应耦 合，即它们之间的互唯象系数为零。（参考居里定理）
22.5 唯象系数的获得与昂色格倒易定律
1.自唯象系数 自唯象系数较易获得，一般可以通过实验的方法来测定， 例如在导热过程中的导热系数、导电过程中的电导率k等。
Jk X k
k 1
n
那么根据这个式子可以得到互唯象系数之间存在下列关 系
Lj，k Lk，j
这表明：如第一种流受第二种力的影响，则第二种流也 会受第一种力的影响，而且这两个干涉现象的干涉系数是相 等的。
Jk X k
k 1
n
Lj,k Lk，j
昂色格倒易定律作用：
昂色格理论的基本要素