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研究在不可逆过程中处于非平衡态的物理系统的热力学现象的宏观理论。
以平衡态和可逆过程为基础的平衡态热力学理论已经相当完善，广泛应用于各种物理、化学过程的宏观描述。然而，在自然界，在物理、化学、气象、天体物理、生命科学、环境生态等领域所涉及的许多问题中，非平衡态的热力学系统和不可逆过程是大量存在的。例如活细胞中的核酸与其环境不断地交换着物质，又如太阳发出的能量稳流使地球大气层无法达到热动平衡等。因此，把热力学方法推广到不可逆过程已经成为迫切的需要，并逐步形成了新的研究领域——不可逆过程热力学，相应的微观理论是非平衡态统计物理。
非平衡态的物理系统往往十分复杂，有的接近平衡，有的远离平衡。不可逆过程热力学通常只讨论满足局域平衡条件的非平衡系统，即各个局域体积元处于平衡态，仍可用状态参量及热力学函数描述。但同时这些热力学函数又是时间和空间的函数，设法建立它们的运动方程，这些方程规定了系统局域平衡而整体非平衡的性质，由于方程往往是非线性的，难于求解，近年来发展了一些近似计算方法，得到了一些有价值的结果。
近平衡区是指在平衡态附近的区域。在这里称为作用力的如温度梯度、浓度梯度等较弱，与由此引起的称为流的如热流、扩散流等之间近似地呈线性关系，故又称线性非平衡区 ，其基本特征是非平衡系统最终要趋于平衡 。在线性区，非平衡系统中存在的一些交叉效应（如热传导和扩散的交叉效应）已由不可逆过程热力学作出了很好的解释。
远离平衡区的非平衡热力学系统中，力与流为非线性关系，亦称非线性区。处于非线性区中的系统并不总是趋于稳定，相反有可能实现从稳定到不稳定的突变，这就是有序结构的其他复杂图形以及非平衡相变出现的条件，其中人们对自组织和混沌等现象最感兴趣，这些问题的研究在理论和实践上都具有重要意义。
不可逆过程热力学是一种宏观理论，它对非平衡现象的解释是有限度的，特别是无法阐明各种复杂结构的形成机制以及系统的涨落特性 ，这些需要非平衡态统计物理来完成（见耗散结构）。
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