
【化】 nonequilibrium state
非平衡态(non-equilibrium state)是指系統内存在能量或物質流動,宏觀物理量隨時間變化的熱力學狀态。該概念與熱力學平衡态形成對比:平衡态下系統熵值達到最大且無淨能量交換,而非平衡态系統則表現出溫度梯度、濃度差異或能量耗散等特征。
在統計物理框架中,非平衡态遵循玻爾茲曼方程描述,其熵産生率始終為正($d_iS/dt > 0$),這一特性由普裡高津的耗散結構理論進一步闡釋。典型實例包括湍流運動、生物代謝過程和半導體載流子擴散現象。
權威文獻如Springer出版的《非平衡态熱力學導論》(ISBN 978-3-540-74252-4)指出,非平衡态研究對理解複雜系統自組織行為具有核心價值。中國科學院物理研究所2023年發布的《凝聚态物質非平衡動力學研究報告》中,通過飛秒激光脈沖實驗驗證了非平衡電子态的弛豫機制。
非平衡态是熱力學和系統科學中的概念,指系統中狀态變量不保持恒定但處于動态穩定的狀态。以下是其核心要點:
基本定義
非平衡态指系統與外界存在物質或能量交換時,狀态變量(如溫度、壓力、濃度等)隨時間或空間變化,但整體呈現動态穩定的狀态。例如,生物體通過攝入食物和排出廢物維持的非平衡定态。
主要類型
分類與穩定性
與平衡态的區别
平衡态是狀态變量完全恒定的特例(如孤立系統的熱平衡),而非平衡态是開放系統更普遍的存在形式,需依賴外部能量/物質流維持。
如需更深入探讨非平衡态熱力學的數學表達(如熵産率公式),可進一步說明。
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