热平衡热平衡定律
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- 2025-05-06 17:45:16
热平衡定律是热力学中的基本实验定律之一，对于定义温度概念、测量温度以及理解温度与内能、熵的关系至关重要。在热力学体系中，温度、内能和熵被视为三个核心状态函数。内能由热力学第一定律确定，熵由热力学第二定律确定，而温度则由热平衡定律定义。因此，热平衡定律与热力学的其他两个基本定律同样重要，尽管其重要性是在人们深入理解了热力学第一、第二定律后才逐渐显现的。英国著名物理学家R.H.否勒将热平衡定律称为热力学的“第零定律”。
对于动物而言，热平衡意味着产热量与散热量相等。作为恒温动物的哺乳动物和家禽，维持体温的相对恒定是保证其机体各器官组织正常执行生理机能的关键。在正常代谢过程中，动物不断产生热量并通过散热维持这一平衡，从而保持体温的稳定。
在固体材料领域，热平衡状态指的是在没有外加作用（如电压）时的一种状态。处于热平衡的半导体中，载流子（如电子和空穴）称为“热平衡载流子”，其浓度保持相对稳定（尽管微观上存在不断产生与复合的过程）。此时，半导体内部可以存在电荷（空间电荷）和电场（内建电场），但不会产生电流。
当半导体受到光照或加有电压时，其状态变为非热平衡状态，载流子称为“非平衡载流子”。非平衡载流子的浓度与外界作用相关，并且在外部作用消失后，其浓度将随时间衰减，最终逐渐回复到热平衡状态。这一过程涉及到非平衡载流子的寿命时间，反映了其在热平衡与非平衡状态间转换的动态过程。
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