物態方程

在物理和熱力學中，狀態方程描述的是態函式之間的關係。更具體地，狀態方程是描述在一組給定的物理條件下物質的狀態的熱力學方程。它是一種本構方程，它提供與該物質相關聯的兩個或更多個狀態函式之間的數學關係，例如它的溫度，壓強，體積，或內能。狀態方程在描述流體、流體的混合物、固體，甚至恆星內部物質的性質時都十分有用。

基本介紹

• 中文名：物態方程
• 外文名：Equation of state
• 學科：物理
• 狀態：平衡態
• 範圍：熱力學

概述

物態方程最常見的用處的是把氣體和液體的密度與溫度和壓強聯繫起來。一個最簡單的用於此目的的物態方程是理想氣體狀態方程，它在壓強不太大、溫度不太低的條件下對於弱極性氣體的狀態的描述是一個很好的近似。然而，該方程在壓強增大、溫度降低時變得越來越不準確，並且不能預測氣體的液化過程。因此，一些更準確的物態方程已經被發明用來描述氣體和液體的性質。到現在為止，人們還沒能找到一個能準確地預測任意條件下的任何物質的性質的物態方程。

除了描述氣體和液體的物態方程以外，也有描述固體的物態方程，其中包括描述固體從一種結晶狀態到另一種結晶狀態的轉變的方程。還有的方程描述恆星內部的物質狀態，包括中子星，緻密物質（夸克-膠子湯）和輻射場（一個相關的概念是在宇宙學中使用的理想流體物態方程）。

在實際情況下，狀態方程在PVT過程中的工程問題的計算，特別是在石油氣-液平衡的計算中十分有用。基於數據擬合的物態方程的一個成功的PVT模型可以幫助確定流態的狀態，處理油藏流體相關的管道和規模等參數。

幾種常見的物態方程

理想氣體

理想氣體的狀態方程為，其中為理想氣體的壓強，為理想氣體的體積，為理想氣體物質的量，為理想氣體的溫度，為普適氣體常量，其值為Boltzmann常數與Avogadro常數之積。

實際氣體

范德瓦耳斯(Van der Waals)方程

昂尼斯(Onnes)方程

上式中，B、C……，分別稱為第二，第三……位力(Virial)係數。

固體和液體

由於固體和液體的α和Κ均很小，且可以看成是常數。設固體和液體都是各向同性的，則有：

(1.4.8)

順磁性固體（居里定律）

m = H (1.4.9)

這裡，m為磁化強度（即單位體積的磁矩），H為磁場強度，C是一個與物質有關的常數。