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动态平衡

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  动态平衡(Dynamic equilibrium),按不同的专业领域主要分为:物理动态平衡、化学动态平衡、生态平衡生理平衡、经济平衡、社会发展与人口平衡等。

  在我们的生活中,许多状态都处于一种动态平衡中,例如大气平衡、水平衡、物理平衡化学平衡生态平衡、人体体液的酸碱平衡、人口发展平衡、贸易平衡、供求平衡等。在高中学习阶段,我们也将接触许多平衡体系。因此,了解和学习有关动态平衡的知识将具有极其重要的意义。

  动态平衡是物质系统在不断运动和变化情况下的宏观平衡。世界上没有绝对的、静止的平衡,平衡是一个动态的过程。例如密闭容器内水的气一液平衡,液态水和水蒸气的平衡可用下式来表示:

  如果单位时间内从液相进入气相的水分子数(水的蒸发)恰好等于从气相进入到液相的水分子数(水的凝聚),该体系就不再有净的变化,即密闭容器中水的蒸气压趋于某一定值,此时出的蒸发和水蒸气的凝聚处于平衡状态,而且是一种动态平衡,因水的蒸发与凝聚仍在不断进行。这虽然是水的状态的动态平衡过程,但其思想方法同样也适用于一切的动态平衡过程。

  :当改变动态平衡系统的一种外界条件(如浓度、压强或温度等)时,平衡就被打破,并向能够减弱这种改变的方向移动。该原理不仅适用于物理、化学平衡体系,更是自然界中的一条普遍规律,它对于所有的动态平衡都是适用的也适用于物理平衡,例如水的三态变化:升高温度,平衡向吸热方向移动,有利于水蒸发为气态;降低温度,平衡向放热方向移动,有利于水凝固成冰。

  19世纪50-60年代,热力学的基本规律已明确起来,但是一些热力学概念还比较模糊,数字处理很烦琐,不能用来解决稍微复杂一点的问题,例如化学反应的方向问题。当时,大多数化学家正致力于有机化学的研究,也有一些人试图解决化学反应的方向化学反应的方向问题。这种努力除了质量作用定律之外,还有其他一些人试图从别的角度进行反应方向的探索,其中已有人提出了一些经验性的规律。

  在这一时期,丹麦人汤姆生贝特罗试图从化学反应的热效应来解释化学反应的方向性。他们认为,反应热是反应物化学亲合力的量度,每个简单或复杂的纯化学性的作用,都伴随着热量的产生。贝特罗更为明确地阐述了与这相同的观点,并称之为“最大功原理”,他认为任何一种无外部能量影响的纯化学变化,向着产生释放出最大能量的物质的方向进行。

  19世纪60-80年代,霍斯特曼勒夏特列范霍夫在这一方面也做了一定的贡献。首先,霍斯特曼在研究氯化铵的升华过程中发现,在热分解反应中,其分解压力和温度有一定的关系,符合克劳胥斯一:dp/dt=Q/T(V-V)

  此式可应用于任何反应过程,其中Q代表体系的吸收的热(即升华热)。范霍夫称上式为动态平衡原理,并对它加以解释,他说,在物质的两种不同状态之间的任何平衡,因温度下降,向着产生热量的两个体系的平衡方向移动。1874年和1879年,穆迪埃和罗宾也分别提出了这样的原理。穆迪埃提出,压力的增加,有利于体积相应减少的反应发生。在这之后,勒夏特列又进一步普遍地阐释了这一原理。他说,处于化学平衡中的任何体系,由于平衡中的多个因素中的一个因素的变动,在一个方向上会导致一种转化,如果这种转化是惟一的,那么将会引起一种和该因素变动符号相反的变化。

  然而,在这一方面做出突出贡献的是吉布斯,他在热力化学发展史上的地位极其重要。吉布斯在势力化学上的贡献可以归纳4个方面。第一,在克劳胥斯等人建立的第二定律的基础上,吉布斯引出了平衡的判断依据,并将熵的判断依据正确地限制在孤立体系的范围内。使一般实际问题有了进行普遍处理的可能。第二,用内能、熵、体积代替温度、压力、体积作为变量对体系状态进行描述。并指出汤姆生用温度、压力和体积对体系体状态进行描述是不完全的。他倡导了当时的科学家们不熟悉的状态方程,并且在内能、熵和体积的三维坐标图中,给出了完全描述体系全部热力学性质的曲面。第三,吉布斯热力学中引入了“浓度”这一变量,并将明确了成分的浓度对内能的导数定义为“热力学势”。这样,就使热力学可用于处理多组分的多相体系,化学平衡的问题也就有了处理的条件。第四,他进一步讨论了体系在电、磁和表面的影响下的平衡问题。并且,他导出了被认是热力学中最简单、最本质也是最抽象的热力学关系,即相律,在,而平衡状态就是相律所表明的自由度为零的那种状态。

  吉布斯对平衡的研究成果主要发表在他的三篇文章之中。1873年,他先后将前两篇发表在康涅狄格州学院的学报上,立即引起了麦克斯韦的注意。吉布斯前两篇文可以说只是一个准备,1876年和1878年分两部分发表了第三篇文章——《关于复相物质的平衡》,文章长达300多页,包括700多个公式。

  对于吉布斯的工作,勒夏特列认为这是一个新领域的开辟,其重要性可以与质量不灭定律相提并论。然而,吉布斯的三篇文章发表之后,其重大意义并未被多数科学家们所认识到,直到1891年才被译成德文,1899年勒夏特列译成法文出版之后,情况顿然改变。

  路易斯所提出的逸度与活度的概念,使吉布斯的理论得到了有益的补充和发展,从而使人们有可能将理想体系的偏差进行统一,使实际体系在形式上具有了与理想体系完全相同的热力学关系式。

  物理动态平衡(Physical dynamic balance),在有关物体平衡的问题中,存在着大量的动态平衡问题,所谓动态平衡问题,就是通过控制某一物理量,使物体的状态发生缓慢变化。分析动态平衡问题通常有两种方法。

  1.解析法:对研究对象的任一状态进行受力分析,建立平衡方程,求出应变参量与自变参量的一般函数式,然后根据自变参量的变化确定应变参量的变化。

  2.图解法:对研究对象进行受力分析,再根据平行四边形定则三角形定则画出不同状态下的力的矢量图(画在同一个图中),然后根据有向线段(表示力)的长度,变化判断各个力的变化情况。

  物质的动态平衡是指相对独立物质内部所有微观粒子相对运动所产生的能量综合效果而给外观(界)带来的整体反映。

  对于相对独立运动的分子来说,内部原子、电子的综合的动态反映,在外观上则表现为分子的平衡运动。

  2. 事物的动态平衡是相对的,而不是绝对的;是运动的,而不是静止的;是变化的,而不是永恒不变的。

  动态平衡反映了事物内部总量的变化规律,即指总量内部各组成要素之间具有相对平衡关系,就是说对于具有总量的事物我们就可称其为总量的动态平衡。

  物质的“运动平衡”是建立在相对独立物质做独立运动时表现在其外部所遵从的规律;而物质的“动态平衡”是建立在相对独立物质内部所有微观粒子的相对运动而产生的能量综合效果。二者的指向是不同的,其实按严格意义来讲,它们共同反映了事物的两个方面。

  一、“运动平衡”反映了物质外部的整体性,而“动态平衡”反映了物质内部微观组成的分散性。它们即可以同时反映同一事物外、内部的两个方面,也可以分别反映不同事物的各个层面。

  通常我们将物质称为“动态”的。在我们未搞清这些物质或组成粒子的运动规律,在没有把这些物质(或粒子)的个别运动与宏观物质的整体运动系统地结合起来的时候,我们就认为该物质特别是其微观组成粒子的运动是无规则的、紊乱的,或只能简称为“动态”的。而恰恰是我们从物质的整体性出发,去探讨该物质的微观组成,就会发现这些“动态”的物质(或粒子)的集合运动有规律可言,即就物质的整体性上来讲是运动平衡的,而按其组成该物质的众多粒子集合的整体观察性来讲是动态平衡的。

  宏观物质运动动因是由其内部所有微观粒子的集体运动所产生的能量综合效果决定的,即对于一个相对复杂的宏观物质外部的变化,它的确定因素在其内部,在其内部各微观粒子的综合运动。这与对立统一规律揭示的事物发展的根本动力在于事物内部,在于事物内部的矛盾性是相符合的。

  宏观中存在着微观,微观中也有宏观的影像。我们所说的宏观与微观都是相对而言的。对于组成宏观物质的某一具体微观粒子来讲,它的独立运动也遵从“运动平衡”规则,如电子绕原子核运动。

  四、可以用物质的宏观运动去推论微观组成,或用微观组成去推论宏观物质的运动方向、速度、变化周期。所有微观粒子的合力则是规定了该物质运动方向的力,这个合力使得该物质做平衡运动即由宏观物质去推断微观集合状态,我们便能够得出物质“动态平衡”的结论。

  当然这里我们所论述的平衡都是相对的、瞬态的,而不是绝对的,这个论断也是需要科学去严格证明,也要接受实践的检验。

  在生态系统内部,生产者、消费者、分解者以及非生物环境之间,在一定条件下保持着能量与物质输入、输出的动态的相对稳定称为生态平衡。任何一个生态系统都遵循着由低级向高级,由简单向复杂的演变规律,因而形成有层次的相对稳定的动态平衡,它总是在不平衡——平衡——不平衡的发展过程中进行物质和能量的交换,推动自身的变化和发展。

  是指不强调一年的国际收支平衡,而是以经济实际运行可能实现的计划期为平衡周期,保持计划期内的国际收支均衡。

  70年代以来,许多资本主义国家已经不强调以年末的国际收支平衡为目标,而是以经济实际运行可能实现平衡的计划期为平衡周期。这主要是出于两个方面的原因,一是国际收支逆差变得越来越经常;二是国际收支的不平衡可以作为一种手段来实施经济政策,于是出现了动态平衡。

  (2)动态平衡以一定时期的国际收支平衡为一个基本目标,同时还以国民经济增长为另一个基本目标。这两个目标是相辅相成、互相补充的,是比较灵活的双重目标的方式;

  (3)动态平衡在实现双重目标的过程中,根据一国的具体情况,允许出现不平衡,待经济实力增强后,再达到国际收支平衡;

  (4)动态平衡在计划平衡期内随着经济的增长有一定的收支差额,因而对一国经济产生较大的影响。动态平衡和静态平衡有密切的联系,静态平衡是动态平衡的基础,动态平衡是静态平衡的汇集。

  在实际情况中,许多资本主义国家在考虑国际收支平衡时,以静态平衡为主,兼用动态平衡,即采用两种平衡来计划国际收支的平衡。

  人体可以看成是一个庞大复杂的生物化学系统。人体中存在许多平衡系统,如水平衡、电解质平衡、酸碱平衡、体温的恒定等等。这些平衡系统维持人类的生命保证人体正常的生理活动,因此了解认识这些平衡就显得迫切和重要。

  社会平衡,即社会发展与人口平衡。《人口原理》中认为:“人口的增殖力无限,土地为人类提供生产、生活资料的能力有限。人口若不受抑制便会以几何比率增加而生活资料却仅仅以算术比率增加。”在此基础上又提出了三个著名的人口命题:(1)人口的增加必然受生活资料的限制;(2)当生活资料增加的时候,人口总是增加;(3)较强的人口繁殖力为贫困和罪恶所抑制,因而实际人口同生活资料保持平衡。

  何非,饶运清,邵新宇.基于装配关系复杂性的装配线动态平衡问题[J].计算机集成制造系统,2013,19(01):29-38.

  张阳,王强,宋旭,袁玉鹏,汪辉,张秋霞.功能性踝关节不稳者的动态平衡能力研究[J].体育科学,2016,36(09):54-58+83.

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