熱力学的平衡

熱力学的平衡（ねつりきがくてきへいこう、英: thermodynamic equilibrium）は、熱という観点から見た平衡状態のひとつ。熱力学では普通熱平衡という。

概要

熱力学では、熱をやり取りできる形で接している二つの系の間に、みかけ上、熱の移動がなくなったとき、「熱平衡に達した」という。温度が異なる二つの物体を接触させると、高温の物体から低温の物体に熱が流れる。次第に物体の温度差は減少し、温度が等しくなったところで熱の移動がとまる。微視的に見れば熱の移動がとまったわけではないが、一方から一方への熱の流れが反対向きの流れと等量になる（動的平衡）ため、移動がないように見える。

物体 1 と 2 の温度と熱容量をそれぞれ、T₁, T₂,C₁, C₂ とする。物体 1 のほうが物体 2 より冷たいとする (T₁ < T₂)。移動する熱量は熱容量と温度変化の積である。両者を接触させて、温度 T で熱平衡に達したとすると、低温の物体 1 の得た熱量と高温の物体 2 の失った熱量が等しいので、

$C_1(T-T_1)=C_2(T_2-T)$

となり、平衡温度 T は次のようになる。

$T=\frac{C_1 T_1 + C_2 T_2}{C_1 + C_2}$

二つの物体が同じ物質で、熱容量が等しい場合は、平衡温度は最初の温度の平均になる。

統計力学での定義は、熱力学系の構成粒子のエネルギー分布がマクスウェル=ボルツマン分布に従う時、熱力学的平衡にあるとされる。この定義を使用すると、系の温度を一意的に決定することができる。系が熱力学的平衡へと至るプロセスを熱化と呼ぶ。熱平衡化が見られる例としては、マックスウェル=ボルツマン分布に従わない粒子の系が相互作用により平衡へと至る場合に見られる。

関連項目

• 定常状態
• 準静的過程
• 相平衡
• 化学平衡
• 熱力学第零法則 - 熱平衡に関する熱力学的法則。