什麼是熱力學狀態

熱力學系統的狀態。是由一些宏觀的性質如質量、温度、壓力、體積或組成等來描寫和規定的。這些用來規定狀態的性質叫做熱力學變量或狀態性質，一旦規定了狀態的熱力學變量，其他平衡狀態性質就是這些變量的函數，稱為熱力學函數或狀態函數。至於用哪幾種性質規定體系的狀態，則有一定的任意性。如果系統的宏觀性質都不隨時間發生變化而處於定值時，稱系統處於平衡狀態。

系統性質

分為兩類：

（1）容量性質，在一定條件下其數值大小與系統中所含物質的量成正比，具有加和性，例如質量、體積、內能和熵等；

（2）強度性質，其數值大小與系統中所含物質的總量無關，不具有加和性，例如温度、壓力、密度等。

狀態函數

有如下兩個特徵：

（1）系統的狀態確定後，它的每一個狀態函數都有一個唯一確定的數值，即每一個狀態函數都是系統狀態的單值函數。例如體積是狀態函數，當系統的狀態確定後，其體積就有唯一確定的數值。

（2）當系統從一個平衡狀態變到另一個平衡狀態時，其一部分或全部狀態函數值便會發生變化，狀態函數變化量的大小隻決定於系統的始態和終態，與變化所經歷的途徑無關。

用數學語言表示這兩個特徵時，則狀態函數的微小變量是全微分。例如，一定量的某理想氣體的壓力p是狀態函數，它可以表示成温度T和體積V的函數：

p＝f(T，V)

則dp是全微分，即：

凡是狀態函數，一定具有以上兩個特徵。反之，如果系統的某個物理量具有上述兩個特徵，則它一定是狀態函數。

狀態方程

同一個熱力學系統的許多狀態函數之間，並不是相互獨立、彼此無關的。如果系統的某一個狀態函數發生變化，至少另外一個甚至幾個狀態函數也會發生變化。因此要規定系統的狀態，並不需要確定所有狀態函數，只要確定其中少數幾個，其他的也就隨之而定了。經驗告訴我們，對於一個已確定量的物質的單組分、單相系統，只需要規定兩個狀態函數，就能夠確定它的狀態。也就是説，這類系統的熱力學平衡條件可用以下關係式來表示：

f(T，p，V)＝0

這個關係式就叫做狀態方程，它具體地描述了系統處於平衡狀態時各狀態函數和狀態性質之間的定量關係。例如，理想氣體狀態方程為：

pV＝nRT

式中n為理想氣體的物質的量（基本單元是分子）；p和V分別為理想氣體的壓力和體積；T為理想氣體的熱力學温度；R為理想氣體常數。

對於1摩爾理想氣體，狀態方程pV＝RT在(p，V，T)座標系中的幾何圖像是一個曲面，稱為狀態曲面。狀態曲面上的點與系統的平衡狀態是一一對應的。

參考書目

王竹溪著：《熱力學》，高等教育出版社，北京，1955。