在物理学中,平衡(equilibrium)或平衡态,指最终定态(稳定状态),是一个物理系统在宏观上处于不随时间发生改变的状态。
术语 balance 也译为平衡,但并不强调物理状态,而是侧重于物理机制,其描述性质相同却对立的物理量之间对等抵消的互动过程或条件。
物理系统达平衡时,或在平衡态下,物理量(如速度、压力、温度、电荷分布等)在宏观尺度上保持恒定,尽管微观上粒子可能仍在运动。平衡除了具有宏观性外,也有时间不变性,亦即系统状态参数对时间的导数为零。
在各種物理學領域中,有各种不同的平衡态,就力學平衡而言,在力學平衡状态下,若一系統、一物體或一質點所受合力為0,則稱為平動平衡;合力矩為0,則稱為轉動平衡。若其合力為0且以等速度移動,則稱等速平衡;若其受力穩定,則稱加速平衡。若其不但合力為0,且合力矩也為0,且為靜止,則稱靜力平衡。
种类
平衡在物理學中可分成多個種類:
力學平衡
当一个质点、刚体或质点系的速度矢量\vec{v}为常矢量时,就称该物体或系统处于力学平衡状态。若系统受到的合外力为零且合外力矩为零,则会导致其平动状态(速度)和转动状态(角速度)保持不变。
力學平衡又可以分成:
靜力平衡
静力平衡是力学平衡的特例,要求物体不仅运动状态不变,且其速度和角速度恒等于零(处于静止)。
:;穩定平衡
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::指处于平衡状态的物体在受到外力的微小扰动而偏离平衡位置时,若物体能自动恢复到原先的状态,这样的平衡叫做稳定平衡。
:;不穩定平衡
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::指处于平衡状态的物体在受到外力的微小扰动而偏离平衡位置时,若物体不能自动恢复到原先的状态,这样的平衡叫做不稳定平衡。
:;随遇平衡
::指处于平衡状态的物体在受到外力的微小扰动而偏离平衡位置时,若物体在新的位置也能平衡,这样的平衡叫做随遇平衡。
流体静力平衡是流体内部各点所受的重力与压力梯度力相互抵消,宏观上流体保持静止。
平动平衡与转动平衡
平动平衡与转动平衡分别指线加速度为零,与角加速度为零的状态。
熱力學平衡
热力学平衡是指系统各部分之间不存在温度差(热平衡)、压强差(力学平衡)和化学势差(化学平衡),宏观性质完全不随时间变化。
静电平衡
静电平衡是指导体内部电场强度处处为零,电荷不再发生定向移动,宏观电荷分布保持恒定。
相平衡
相平衡是指一个多相系统中,各相(如气、液、固)之间的物质交换达到动态平衡,宏观上各相的质量不再改变,且各相的化学势相等。
辐射平衡
辐射平衡是指物体(含恒星、行星大气)吸收的辐射能与向外发射的辐射能相等。
参考文献
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