
【化】 nonequilibrium state
非平衡态(non-equilibrium state)是指系统内存在能量或物质流动,宏观物理量随时间变化的热力学状态。该概念与热力学平衡态形成对比:平衡态下系统熵值达到最大且无净能量交换,而非平衡态系统则表现出温度梯度、浓度差异或能量耗散等特征。
在统计物理框架中,非平衡态遵循玻尔兹曼方程描述,其熵产生率始终为正($d_iS/dt > 0$),这一特性由普里高津的耗散结构理论进一步阐释。典型实例包括湍流运动、生物代谢过程和半导体载流子扩散现象。
权威文献如Springer出版的《非平衡态热力学导论》(ISBN 978-3-540-74252-4)指出,非平衡态研究对理解复杂系统自组织行为具有核心价值。中国科学院物理研究所2023年发布的《凝聚态物质非平衡动力学研究报告》中,通过飞秒激光脉冲实验验证了非平衡电子态的弛豫机制。
非平衡态是热力学和系统科学中的概念,指系统中状态变量不保持恒定但处于动态稳定的状态。以下是其核心要点:
基本定义
非平衡态指系统与外界存在物质或能量交换时,状态变量(如温度、压力、浓度等)随时间或空间变化,但整体呈现动态稳定的状态。例如,生物体通过摄入食物和排出废物维持的非平衡定态。
主要类型
分类与稳定性
与平衡态的区别
平衡态是状态变量完全恒定的特例(如孤立系统的热平衡),而非平衡态是开放系统更普遍的存在形式,需依赖外部能量/物质流维持。
如需更深入探讨非平衡态热力学的数学表达(如熵产率公式),可进一步说明。
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