熱平衡（熱焊盤 equilibrium ），指同外界接觸的物體，其內部溫度各處均勻且等于外界溫度的狀況。
單個系統內
倘若組成單個系統的各部分之間沒有熱量的傳遞，且與外界也沒有熱量的傳遞，則系統處于熱平衡。這時系統內各部分溫度相等且等于外界溫度。
兩個系統間
一個處于任意平衡狀態的系統，在沒有宏觀功的條件下，靠系統與外界直接相互作用以改變系統狀態的方式稱熱接觸（或熱交換）。兩個熱力學系統進行熱接觸時，系統原來的平衡狀態一般都將發生變化；經過足夠長的時間之后，系統的狀態不再發生變化；這時可以認為兩個系統處于熱平衡。如果兩個系統熱接觸時，狀態沒有發生變化，則說明兩個系統已是互為熱平衡的。可以認為互為熱平衡的兩個系統的冷熱程度相同。
三個系統間
若有A、B、C三個處于任意確定的平衡態的系統，而系統A和系統B是互相絕熱的。令A和 B同時與系統C相互熱接觸，經過足夠長的時間后,A和B都將與C達到熱平衡。這時使A和B不再絕熱而相互熱接觸，實驗證明，A和B的狀態都不發生變化，即A和B也是處于熱平衡的。此實驗事實說明，如果兩個熱力學系統各自與第三個熱力學系統處于熱平衡，則它們彼此也必處于熱平衡。這一實驗結論叫做熱平衡的傳遞性，或叫做熱平衡定律。
基本定律
熱平衡定律是熱力學中的一個基本實驗定律，其重要意義在于它是科學定義溫度概念的基礎，是用溫度計測量溫度的依據。在熱力學中，溫度、內能、是三個基本的狀態函數，內能是由熱力學第一定律確定的；熵是由熱力學第二定律確定的；而溫度是由熱平衡定律確定的。所以熱平衡定律如第一、第二定律一樣也是熱力學中的基本實驗定律，其重要性不亞于熱力學第一、第二定律，但由于人們是在充分認識了熱力學第一、第二定律之后才看出此定律的重要性，故英國著名物理學家R.H.否勒稱它為熱力學第零定律。
動物的產熱量和散熱量相等即為熱平衡。動物機體在正常代謝過程中，不斷產熱和散熱，作為恒溫動物的哺乳動物和家禽，必須使散熱量和產熱量達到平衡，才能維持體溫的相對恒定，保證機體各器官組織執行正常的生理機能。
對于半導體等固體材料，熱平衡就是指沒有外加任何作用（例如電壓）時的一種狀態。半導體處于熱平衡時，其中的載流子稱為[熱]平衡載流子，其濃度是一定的（盡管在微觀上存在有不斷產生與復合的過程）；這時半導體內部可以存在電荷（空間電荷）和電場（內建電場），但不會產生電流。
當半導體受到光照或者加有電壓時，即變為非[熱]平衡狀態，其中的載流子稱為非平衡載流子。非平衡載流子濃度與外界作用有關，而且在外加作用去掉以后，非平衡載流子濃度將要隨著時間而發生衰減（有一個所謂壽命時間），最后又將逐漸回復到熱平衡狀態。
計算方法
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先找出系統吸收熱量有哪些途徑，再定量分析；然后找出系統放出熱量有哪些途徑，定量分析；最后利用系統熱平衡的公式求解系統通過某一途徑吸收或放出的熱量。
熱平衡計算通常在傳熱傳質、制冷供暖、鍋爐計算等需要熱工分析的領域都有廣泛使用。
生活體現
1．熱平衡是相對的
在一杯可樂中放入一些冰塊之后，可樂的溫度開始下降，冰開始融化。這時可樂有熱量傳給冰，當可樂降溫至0℃時，溫度不再降低，冰也不再融化，這時它們之間沒有熱的傳遞，兩者達到了熱的平衡。冰吸收的熱量等于可樂放出的熱量。墻上掛著的溫度計就是利用熱平衡的原理讀出當時室內溫度的。
上述可樂的熱平衡沒有考慮與周圍空氣及其他物體的關系。如果在溫暖的室內，這杯可樂還要與外界空氣發生熱交換，因而冰可能還要融化。因此從更大的范圍來說熱是不平衡的。最終可能冰全化了，可樂的溫度與室溫相同了，在室內實現了熱的平衡。當然還要考慮室內室外的傳熱問題。
總之，熱平衡既可以局部地分析，也可以將系統擴大之后來分析。局部、短時間內可看作是平衡的，更大范圍內、更長時間內可能是不平衡的。因而熱平衡是暫時的、相對的。熱平衡也是有條件的，只要物體之間有溫差，熱總是不平衡的。
2．準靜態的熱平衡
實際物質組成的系統都不能與外界完全隔絕熱的傳遞，因而系統總會偏離平衡態。但平衡被某種干擾所破壞需要一定的時間，這個時間有長有短，其長短與條件有關。
如人坐在一個鐵凳上，鐵凳的導熱性很好，人體將有大量的傳熱給凳子，最終達到熱的平衡，需要較長的時間。而另一個坐在毛茸茸的沙發中的人就大不相同了，沙發的導熱性差，它貼著人體的部分很快就與人體達到相同的溫度，實現熱平衡很快，因此保暖時需要很好的隔熱材料，降溫時需要很好的導熱材料，都是為了減少這段時間。當然這種平衡也不是絕對的平衡，只是無限接近平衡態，我們把它稱為準靜態平衡。
穿上很厚的多孔材料制的棉衣的人，保溫效果極好的熱水瓶，都是準靜態平衡的實例。
3．動態的熱平衡
當一個物體的熱量大量流失的情況下，或者某物體大量獲取熱量的時候，我們還能不能保持物體的溫度不變而處于熱的平衡狀態呢？
事實上這種情況是存在的，我們只要向物體提供，或吸取等量的熱量，就能保持其溫度不變。
例如一個工人突然走進高達50℃的高溫窯爐旁，熱的輻射使他獲得了大量的熱量，但人必須維持37℃的體溫。這時人體立即有一種反應，即大量出汗，通過水分的蒸發帶走熱量，將體溫維持在37℃。這時他吸收的熱量和放出的熱量必然是相等的。這種熱的平衡我們稱為動態的熱平衡。
下面的表格中所列的就是一些動態熱平衡的例子。
參考資料 >