热力学平衡态及状态变量

　　在热力学中作为研究对象的宏观物体是有大量原子、分子、电子等微观粒子所组成的。宏观物体很复杂，而且还与周围的其它物体发生作用，我们把所研究的物体称为系统或者体系（system），而把与系统发生作用的周围其它物体称为环境或外界（surroundings）。
　　如果所研究的系统与外界既不交换能量又不交换物质，我们称这样的系统为孤立系统；如果系统与外界交换能量而不交换物质，称这样的系统为封闭系统；如果系统与外界既交换能量又交换物质，称这样系统为开放系统。
　　如果我们研究的系统的各部分完全一样，称它为均匀系或单相系，如气体。如果所研究的系统的各部分不同而且有界面时，称它为非均匀系或者是复相系，如液体和蒸汽共存的体系。
　　系统的性质是多方面的，包括力学、电磁学、化学等方面的性质，我们在研究其中的一种性质的时候，往往认为其它性质固定不变而不予考虑，如研究系统的力学性知识，就不管电磁学性质和化学性质等，这样就形成了物理学的不同分支，不同分支将引进不同的状态参数（变量）来描述，他们都是对实际系统的抽象。
　　状态参量是指确定系统状态的量，在力学体系中，引进坐标、速度、加速度等描述物体的运动，用力和阿强描述受力状态；在电磁学体系中，用电场强度、电极化强度和磁感应强度、此话强度等描述物体的电磁性质；在化学体系中，用化学组成的含量摩尔数作为变量，在这些变量中，还有一个共同的变量是几何变量，在热力学中必须引进温度这个变量，另外我们以前考虑的能量守恒是狭义的，在热力学中必须把热这种转换形式考虑进去，这样我们所研究的体系就是实际体系了，一般来说，热力学所研究的对象是实际存在的任何体系，是非常广泛的。
　　在热力学中，我们着重研究客观物体的一种特殊状态平衡态，首先来定义热力学平衡态，所谓平衡态是指这样一种特殊状态，在没有外界影响的前提下，物体各部分的性质在长时间内不发生变化。如在力学中，平衡态是指在没有外界影响的条件下，物体的力学性质在长时间内不发生变化，在热力学中，处于平衡态的物体的性质要求包括力学、电磁学、化学和几何等性质在长时间内不发生变化。它比其他学科的分支的平衡态定义更加严格，故给其一个特殊的名词，热力学平衡态。
　　热力学平衡态包括力学、化学、热和相的平衡，这四种平衡都达到了才称热力学平衡态。热力学平衡态是一种动态平衡，称为热动平衡，而且是指宏观的平衡，当体系达到平衡后，仍会发生偏离平衡态的微笑偏差，称之为涨落，这里还要注意热力学平衡与热平衡的差别。
　　太阳系也可以看做一个热力学系统
　　为什么说热力学平衡态很重要呢？原因有二：一是对实际系统，在热力学中我们真正感兴趣的是平衡态时的性质。例如，我们拉伸一根弹簧，要知道的是，用了多大的力，弹簧拉伸了多少，而不是拉的过程。再比如，我们研究化学反应，我们就需要知道有多少反应物产生了多少生成物，而不是反应过程。二是如果平衡态的性质研究清楚了，则研究非平衡态性质就有了一个基础，如果要研究一个非平衡系统的性质，可以把这个系统分成很多小的子系统，这些子系统可以看成是局部平衡态，另外，研究平衡附近的涨落是，还需要用到统计方法。
　　在热力学平衡条件下，要描写热力学体系就必须引进若干变量，热力学体系要ongoing四种变量来描述，分别是几何变量（体积、面积和长度）、力学变量（压强、力）、电磁学变量（电场强度、电极化强度、磁感应强度、磁化强度）、化学变量（物质的量）、温度是这四种变量的一个函数。由于它直接反应了热运动的强度，经常把它直接取作描述体系状态的变量。如果把温度包括进去，那么这五种变量就称为热力学变量。由此可对热力学体系下一个严格的定义，即凡是用着五个变量来描述的体系就称为热力学体系。当然在具体考虑一个体系是，并不一定要把五个变量都用上，由给定的系统来决定其变量数。
　　星云也是这样一个热力学系统
　　在热力学中，我们可以把热力学量分成两：广延量和强度量，凡是与体系的总质量成正比的量称为广延量，如体积，面积和磁矩等，而与系统的总质量无关的量称为强度量，如压强、电场强度和磁感应墙布等。
　　今天的内容咱们就到这里，下一篇我们来了解一下热力学第零定律。