状态方程

在物理学、化学和热力学中，状态方程是与状态变量相关的热力学方程，它描述了物质在给定物理条件下的状态，例如压力、体积、温度或内能。 大多数现代状态方程都是用 Helmholtz 自由能制定的。 状态方程可用于描述液体、气体和固体中纯物质和混合物的性质，以及恒星内部的物质状态。

系统属性注意：共轭变量以斜体显示

材料特性

• 属性数据库

可压缩性 β = − {\displaystyle \beta =-}
热膨胀 α = {\displaystyle \alpha =}

方程式

• 卡诺定理
• 克劳修斯定理
• 基本关系
• 理想气体定律

• 麦克斯韦关系
• Onsager 互惠关系
• 布里奇曼方程
• 热力学方程表

潜力

• 自由能
• 自由熵

• 内能 U ( S , V ) {\displaystyle U(S,V)}
• 焓 H ( S , p ) = U + p V {\displaystyle H(S,p)=U+pV}
• 亥姆霍兹自由能 A ( T , V ) = U − T S {\displaystyle A(T,V)=U-TS}
• 吉布斯自由能 G ( T , p ) = H − T S {\displaystyle G(T,p)=H-TS}

目前，还没有一个单一的状态方程能够准确预测所有物质在所有条件下的性质。 状态方程的一个例子将气体和液体的密度与温度和压力相关联，称为理想气体定律，对于低压和中等温度下的弱极性气体大致准确。 这个方程在更高的压力和更低的温度下变得越来越不准确，并且无法预测从气体到液体的冷凝。

状态方程的一般形式可以写成 f ( p , V , T ) = 0 {\displaystyle f(p,V,T)=0}

其中 p {\displaystyle p} 是压力，V {\displaystyle V} 是体积，T {\displaystyle T} 是系统的温度。 然而也可以该形式使用其他变量。 它与吉布斯相规则直接相关，即自变量的数量取决于系统中物质和相的数量。

用于模拟这种关系的方程称为状态方程。 在大多数情况下，该模型将包含一些通常根据测量数据进行调整的经验参数。 状态方程也可以描述固体，包括固体从一种晶态到另一种晶态的转变。 状态方程也用于模拟恒星内部的物质状态，包括中子星、致密物质（夸克-胶子等离子体）和辐射场。 一个相关的概念是宇宙学中使用的完美流体状态方程。

状态方程在许多领域都有应用，例如过程工程和石油工业以及制药工业。

可以使用任何一致的单位集，但首选 SI 单位。 xxx温度是指使用开尔文 (K)，零是xxx零。

波义耳定律是状态方程最早的公式之一。 水银被添加到管子中，在管子的短密封端捕获固定数量的空气。 然后测量气体的体积，因为额外的汞被添加到管中。