大学物理：宏观状态与宏观量的关系

对于一个系统的状态从整体上加以描述的方法叫宏观描述，这时所用的物理量称为宏观量。宏观量是反映大量气体分子的集体特性和状态的量，如压强p、体积V、温度T等。宏观量可以直接用仪器测量。

宏观状态有两种：平衡态和非平衡态。我们主要研究的是平衡态时的情况。

平衡态：在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间变化的状态叫作平衡态。

这里所说的不受外界影响，是指外界对系统既不做功也不传热，即与外界无能量交换。平衡态是热动平衡，即从宏观上看，压强p、体积V、温度T等宏观量不变化；但从微观上看，气体分子在不停地运动，通过碰撞，各个分子的物理量在千变万化。平衡态是一种理想概念，严格的平衡态是没有的，只是在一定条件下，对实际情况的概括和抽象，因为任何系统不可能与外界无能量交换。但在许多实际问题中，经常可以把系统的实际状态近似地当作平衡态来处理，从而比较简便地得出与实际情况基本相符的结论。

系统的每一个平衡态都对应一组状态参量。在忽略重力的影响下，系统的任何一处的状态就是整个系统的状态，因为其压强、温度都是一样的。因此可应用压强p、体积V、温度T来描述系统的状态。在平衡态下，这些状态参量满足一定的关系，这个关系叫作物态方程。理想气体的物态方程为

式中，m为气体的质量，M为气体的摩尔质量，m/M为气体的物质的量。R为一常量，称为摩尔气体常量。在国际单位制中，其值为

式中，p0、T0为标准状态（T0=273.15 K，p0=1.013×105Pa）下的压强和温度，Vm为标准状态下1mol理想气体的体积。实验表明，任何1mol物质所含有的分子数或原子数均相同，这个量称为阿伏伽德罗常量，用NA表示，NA=6.022×1023 mol-1。若以N表示体积V中的气体分子总数，则气体分子数密度n=N/V。引入一普适常量，称为玻尔兹曼常量，用k表示(www.xing528.com)

则理想气体物态方程可写为

平衡态可以用p—V图、p—T图、V—T图（见图8—1）上的点代表，即每个点代表一个状态

图8—1　平衡态示意图

非平衡态：若气体内部各处的压强和温度都不同，则气体处于非平衡态。气体在非平衡态时，不能用一组状态参量来描述系统的状态。