狀態原則

狀態原則（英語：state postulate）是熱力學中的一個原則，說明一平衡的熱力學系統需要用多少熱力學狀態來定義。

基本介紹

• 中文名：狀態原則
• 外文名：state postulate

簡介

狀態原則（英語：state postulate）是熱力學中的一個原則，說明一平衡的熱力學系統需要用多少熱力學狀態來定義。狀態原則為：簡單可壓縮系統可以用二個獨立的內含性質完全決定。

若二個性質可以允許其中一個性質改變，另一個性質維持定值，這二個性質即為獨立的性質。例如溫度及比容恆為獨立的性質。不過溫度及壓力只有在單一相態的系統中才是獨立的性質，若系統中存在二種相態（例如混合了氣體及液體），溫度（沸點）會隨壓力而變化，此時溫度及壓力就不是獨立性質了。簡單可壓縮系統是指系統本身靜止，也沒有受到電磁力、重力、表面張力的影響，這類的系統可以只用二個獨立的內含性質來描述，其餘的性質可以根據狀態方程來求得。更複雜的系統需要更多狀態的資訊才能求得完整的狀態，例如若重力對系統有顯著影響，則需要知道高度的資訊。

狀態方程

在物理學和熱力學中，狀態方程（英語：Equation of state），也稱物態方程，表達了熱力學系統中若干個態函式參量之間的關係。特別是在熱力學中，狀態方程是一個熱力學方程，描述了給定物理條件環境下物質的狀態，例如其溫度、壓強、體積和內能。狀態方程在描述流體、混合流體、固體甚至是研究恆星內部都十分有用。

熱力學系統

熱力學系統（英語：Thermodynamic system）是指用於熱力學研究的有限巨觀區域，是熱力學的研究對象。它的外部空間被稱為這個系統的環境。一個系統的邊界將系統與它的外部隔開。這個邊界既可以是真實存在的，也可以是假想出來的，但必須將這個系統限制在一個有限空間裡。系統與其環境可以在邊界進行物質，功，熱或其它形式能量的傳遞。而熱力學系統可以從它的邊界（或邊界的一部分）所允許的傳遞類型進行分類。

熱力學系統有一系列的狀態函式，比如體積，壓強，溫度等。這些量都是可以通過實驗測量的巨觀量。這些量的數值共同決定這個系統的熱力學狀態。一個熱力學系統的狀態函式通常存在一個或多個函式關係。這些關係可由狀態方程表述。平衡熱力學不涉及對這些狀態函式的通量的研究。因為由熱力學平衡的定義可以自然得到，這些函式的通量的值為零。當然，平衡熱力學可能會涉及使通量不為零的過程，但在熱力學過程進行前，這些過程必需停止。非平衡熱力學允許狀態函式通量不為零。通量不為零表示在系統和它的環境間存在物質，能量或熵等的傳遞。

孤立系統是一種假想存在的系統。這種系統與其外界無任何相互作用。在理想狀況下，其內部處於熱力學平衡，即它的熱力學狀態不隨時間變化。而非孤立系統根據它的邊界的性質可以與它的環境處於熱力學平衡。它們也可能處於時時變化或者循環變化（一種穩態）的非平衡狀態。系統與其環境的相互作用可以通過熱傳遞或者長程力等方式進行。

熱力學系統並非一個普遍概念，並不能代表全部的物理學系統。而這裡定義的熱力學系統的物理存在可以認為是平衡熱力學的基礎公設，儘管並沒有被列為一條熱力學定律。而在一些文獻中，熱力學第零定律通常的表述被認為是這一公設的一個推論。

熱力學系統的概念可以追溯到1824年尼古拉·卡諾對於熱機的研究。他當時稱其為熱機的工作物質。

熱力學狀態

熱力學狀態（英語：Thermodynamic state）是指一組描述熱力學系統的狀態。個別的參數一般會稱為狀態變數、狀態參數或是熱力學變數。只要一熱力學系統中有足夠多的已知狀態，其他的狀態就已被確定，而所需要的狀態數量視系統複雜程度而定。

例如一封閉簡單系統，其中有二升的氧氣，壓力為一大氣壓，此即為此系統的熱力學狀態，其他的狀態變數 （溫度、熵、內能）等都已被確定。