第二节 状态和基本状态参数

一、状态和平衡状态

热力系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为状态。平衡状态是指在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。不受外界影响是指对系统不做功也不传热。系统的平衡包括系统各部分之间没有热量传递的热平衡，没有相对位移的力平衡，如有化学反应的系统还应考虑化学平衡。也就是说实现平衡状态的条件是：系统内部以及与外界之间同时满足各类平衡或者说各种不平衡势差全部消失。平衡状态是热力学的一个重要概念，本书仅讨论平衡状态。

二、状态参数

描述热力系统所处状态的宏观物理量称为状态参数。状态参数的特征如下：

（1）状态参数是状态的单值函数，状态一旦确定，状态参数就是唯一确定的，状态参数不变状态也是唯一确定的。

（2）状态参数的变化只与工质的初终状态有关，而与状态变化的途径无关，可以表示为

式中 x——工质的某一状态参数。

热力学中常用的状态参数有比体积、压力、温度、热力学能、焓、熵等。其中比体积(v)、压力(p)、温度(T)称为基本状态参数。

三、基本状态参数

（一）比体积（v）和密度（ρ）

比体积是指单位质量工质所占有的体积，单位是m³/kg，也可称为比容。如质量为m的气体，占有的体积为V，则比体积为

密度是指单位体积内所含工质的质量，单位是kg/m³。若体积为V的气体，具有的质量为m，则密度为

显然，比体积v与密度ρ之间互为倒数，即vρ=1，两者不是独立参数，都是用来描述工质聚集的疏密程度。

（二）压力（p）

单位面积上所承受的垂直作用力称作压力（即压强）。按分子运动学说，气体的压力是气体的大量分子向容器壁面撞击所产生的平均结果。压力的国际单位是帕（帕斯卡），符号为Pa，1Pa=1N/m²。工程上常见的压力单位还有：兆帕（MPa）；千帕（kPa）；巴（bar）；标准大气压（atm）（又称物理大气压）；工程大气压（at）（简称大气压）；毫米水柱（mmH₂O）；毫米汞柱（mmHg）。其中1MPa=10⁶Pa；1kPa=10³Pa；1bar=10⁵Pa。

各种压力单位之间的换算关系见表1-1。

压力通常用压力计测量。而压力计本身处于大气压力p_b作用下，受其影响，其测量值是一相对压力。而容器内工质的实际压力称为绝对压力，用符号p表示。如图1-2所示，当p>p_b时，压力计的测量值称为表压力，用符号p_e表示，则

当p<p_b时，压力计的测量值称为真空，用符号p_v表示，则

表压力p_e和真空p_v不仅与工质的状态有关，还与大气压力p_b有关，即使工质的状态不变，大气压力p_b发生变化时，它们也要变化。因此，它们不是状态参数。只有绝对压力才是系统所处状态的单值函数，才是状态参数。在后续内容中所讲的压力，未作特别说明的均指绝对压力。

【例1-1】 某容器的压力表读数为1MPa，当时当地大气压力为101325Pa。当容器内气体状态未变，而当时当地大气压力变为200000Pa。问：此时压力表的读数为多少?容器内气体的绝对压力为多少?

解 压力表读数为表压力。

瓶内氧气的绝对压力为

此例题说明：即使绝对压力不变，压力表的读数也随当时当地环境压力发生改变。

（三）温度（T）

温度是物体冷热程度的标志。根据分子运动学说，温度是物体分子热运动激烈程度的标志。当温度计与被测物体达到热平衡时，温度计指示的温度就是被测物体的温度。

衡量温度的标尺称为温标。热力学温标是目前国际规定的基本温标，用这种温标确定的温度称为热力学温度，以符号T表示，单位为开尔文，简称“开”，以符号K表示。与热力学温标并用的还有摄氏温标，用这种温标确定的温度称为摄氏温度，以符号t表示，单位为摄氏度，以符号℃表示。摄氏温度和热力学温度之间的关系为