热力平衡

若一系统中含有化学成分不同的物质，则称为多元系，每一种化学成分称为一个组元。例如,盐水溶液是二元系，盐和水各为一个组元。对由k个组元、嗞个相组成的多元系的复相平衡条件来说，其中每一相都有自己的状态函数，一般将相号和组元号分别标在各量的右上角和右下角，如第1组元第相的化学势则用μ坹表示。在热平衡和力平衡的前提下，用吉布斯函数判据，可导出多元系的复相平衡条件为上式的物理意义是：在一定温度和压力下，多元系各相达到平衡时，每一组元在各相的化学势相等。2100433B

单元系是指含有一种化学成分的物质系统。若系统各部分的性质相同，则称为均匀系或单相系；若系统各部分之间有边界分隔，则称为复相系。如水和水蒸汽共存时即为单元二相系。

热力平衡状态根据热力学定律有 3种判据。①熵判据：对于一个孤立系统,在其各种可能出现的状态中,稳定平衡状态的熵最大。②亥姆霍兹函数判据：热力系统在温度和容积不变的情况下，在各种可能出现的状态中，稳定平衡状态的亥姆霍兹函数最小。③吉布斯函数判据：系统在温度和压力不变的情况下，在各种可能出现的状态中，稳定平衡态的吉布斯函数最小(见热力状态参数) 。

一个热力系统可发生4种变化过程，相应地有4种平衡条件。①在系统各部分之间有热交换时，达到平衡的条件称为热平衡条件。②系统各部分之间有力的相互作用时，达到平衡的条件称为力平衡条件。③在复相系中，相变过程达到平衡的条件称为相平衡条件。④系统内发生化学反应时，达到平衡的条件称为化学平衡条件。

系统的平衡条件是应用热力学的平衡判据推得的。首先，应用熵判据可推得热平衡条件──系统各部分温度相等。相变过程通常是在等压等温下进行的，故可用吉布斯函数判据推得单元系的相平衡条件为两相的化学势相等。

热力平衡状态是指热力系统在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变的状态。热力系统的各部分之间没有热量传递，系统就处于热的平衡；各部分之间没有相对位移，系统就处于力的平衡。同时具备了热和力的平衡，系统就处于热力平衡状态。如果系统内存在化学反应，则应包括化学平衡。

处于热力平衡状态的系统，只要不受外界影响，状态就不随时间变化，平衡也不会自行破坏;处于不平衡状态系统，则由于各部分之间的传热和位移，其状态将随时间而改变，改变的结果使传热和位移逐渐减弱，直至完全停止，不平衡状态的系统，在没有外界条件的影响下，总会自发地趋于平衡状态。对于处于热力平衡状态下的气体或液体，如果略去重力的影响，气体内部各处的性质是均匀一致的，各处的温度、压力、密度等状态参数都应相同。 2100433B

当蒸发盘管较细或相对较长，或者多根盘管共用一个热力膨胀阀，通过分液器并联时，因制冷剂流动阻力较大，若仍使用内平衡式热力膨胀阀，将导致蒸发器出口制冷剂的过热度很大，蒸发器面积不能有效利用。这时，就不应使用内平衡式热力膨胀阀。

如图2所示为外平衡式热力膨胀阀工作原理图。其中，1—阀芯；2—弹性金属膜片；3—弹簧；4—调整螺钉；5—感温包；6—平衡管。从图2中可以看出，外平衡式热力膨胀阀的构造与内平衡式热力膨胀阀基本相同，只是弹性金属膜片下部空间与膨胀出口互不相通，而是通过一根小口径平衡与蒸发器出口相连，这样，膜片下部承受蒸发器出口制冷剂的压力，从而消除了蒸发器内制冷剂流动阻力的影响。

热平衡是热力学中的一个基本实验定律，其重要意义在于它是科学定义温度概念的基础，是用温度计测量温度的依据。

在热力学中，温度、内能、熵是三个基本的状态函数：

1. 内能是由热力学第一定律确定的；

2. 熵是由热力学第二定律确定的；

3. 而温度是由热平衡定律确定的。

所以热平衡定律如第一、第二定律一样也是热力学中的基本实验定律，其重要性不亚于热力学第一、第二定律，但由于人们是在充分认识了热力学第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英国著名物理学家R.H.泰勒称它为热力学第零定律。