1兩個系統間的熱平衡

一個處於任意平衡狀態的系統,在沒有宏觀功的條件下,靠系統與外界直接相互作用以改變系統狀態的方式稱熱接觸(或熱交換)。兩個熱力學系統進行熱接觸時,系統原來的平衡狀態一般都將發生變化;經過足夠長的時間之後,系統的狀態不再發生變化;這時可以認為兩個系統處於熱平衡。如果兩個系統熱接觸時,狀態沒有發生變化,則說明兩個系統已是互為熱平衡的。可以認為互為熱平衡的兩個系統的冷熱程度相同。

2三個系統間的熱平衡

若有A、B、C三個處於任意確定的平衡態的系統,而系統A和系統B是互相絕熱的。令A和 B同時與系統C相互熱接觸,經過足夠長的時間后,A和B都將與C達到熱平衡。這時使A和B不再絕熱而相互熱接觸,實驗證明,A和B的狀態都不發生變化,即A和B也是處於熱平衡的。此實驗事實說明,如果兩個熱力學系統各自與第三個熱力學系統處於熱平衡,則它們彼此也必處於熱平衡。這一實驗結論叫做熱平衡的傳遞性,或叫做熱平衡定律。

3熱平衡定律

熱平衡定律是熱力學中的一個基本實驗定律,其重要意義在於它是科學定義溫度概念的基礎,是用溫度計測量溫度的依據。在熱力學中,溫度、內能、熵是三個基本的狀態函數,內能是由熱力學第一定律確定的;熵是由熱力學第二定律確定的;而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學中的基本實驗定律,其重要性不亞於熱力學第一、第二定律,但由於人們是在充分認識了熱力學第一、第二定律之後才看出此定律的重要性,故英國著名物理學家R.H.否勒稱它為熱力學第零定律。
動物的產熱量和散熱量相等即為熱平衡。動物機體在正常代謝過程中,不斷產熱和散熱,作為恆溫動物的哺乳動物和家禽,必須使散熱量和產熱量達到平衡,才能維持體溫的相對恆定,保證機體各器官組織執行正常的生理機能。
對於半導體等固體材料,熱平衡就是指沒有外加任何作用(例如電壓)時的一種狀態。半導體處於熱平衡時,其中的載流子稱為[熱]平衡載流子,其濃度是一定的(儘管在微觀上存在有不斷產生與複合的過程);這時半導體內部可以存在電荷(空間電荷)和電場(內建電場),但不會產生電流。
當半導體受到光照或者加有電壓時,即變為非[熱]平衡狀態,其中的載流子稱為非平衡載流子。非平衡載流子濃度與外界作用有關,而且在外加作用去掉以後,非平衡載流子濃度將要隨著時間而發生衰減(有一個所謂壽命時間),最後又將逐漸回復到熱平衡狀態。
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