热力学中的状态方程

热力学中“状态方程”一词的含义

气体的膨胀比固体或液体的膨胀要复杂得多。这是因为气体能够膨胀以填充您放入的任何容器。

气体的体积取决于压力。但是，这也取决于温度。似乎还不够，我们还需要考虑其质量。因此，为了建立适当的气体数学模型，我们需要考虑气体的体积，压力，温度和质量。我们需要一个状态方程。

物理项压力P，体积V和温度T之间的关系称为状态方程。状态仅表示系统的物理状况。在这里，我们使用参数来指定我们感兴趣的物理关系。参数P，V和T称为状态变量。

我们气体系统的物理状态可能会发生变化。在炎热的天气里，您可能不愿意打开厨房内部的烤箱，特别是在没有空调的情况下。烤箱产生的热量使厨房内部的空气温度升高，这可能会使整个效率公寓内的空气变得难以承受。关闭烤箱，温度将停止升高。当系统的状态或物理条件发生变化，并且压力和温度等值停止增大或减小时，我们就达到了平衡状态。我们观察到的参数在整个系统中将是相同的，并且总体上不会随时间变化。

热力学的术语“状态”和“状态变量”不限于热力学；在宇宙学中，状态方程涉及暗能量或真空能量中压力与能量密度的比值，它只是宇宙常数w。在量子力学中，可以使用具有变量位置（空间）和时间的函数对微观粒子的量子状态进行建模。

状态方程式（EOS）的定义

假设处于平衡状态，则完全定义系统状态所需的三个属性是压力（P），体积（V）和温度（T）。因此，我们应该能够公式化与这三个变量相关的方程，形式为f（P，T，V）= 0。

状态方程（EOS）是状态变量之间的函数关系-通常是此类变量的完整集合。编写大多数EOS都是为了表达P，T和V之间的功能关系。也确实，大多数EOS仍然是经验性的或半经验性的。因此，定义为：

状态方程（EOS）是纯物质的压力，体积和温度之间的半经验函数关系。我们还可以通过调用适当的混合规则将EOS应用于混合物。

已经进行了许多尝试来获得理论上合理的EOS。但是，总的来说，在这方面没有取得太大的成功。结果，我们使用了所谓的半经验EOS。今天使用的大多数状态方程本质上都是半经验的，之所以如此，是因为它们适合于可用的数据。另外，通常针对纯物质开发状态方程。将它们应用于混合物需要附加变量（组成），因此需要适当的混合规则。

EOS的功能形式可以表示为：

f（P，V，T，ak = 1，np）= 0

其中k = EOS参数。

如前所述，当今大多数适用的EOS都是半经验的，因为它们具有一定的理论基础，但必须调整其参数（a k）。参数的数量（n p）确定EOS的类别/复杂性。例如，1参数EOS是n p = 1的EOS，而2参数EOS是n p = 2的EOS。“ n p ”越高，则EOS越复杂。同样，从总体上讲，EOS越复杂，它就越准确。然而，这并非总是如此; 在某些情况下，相当简单的EOS可以做得很好。

自理想气体定律（理想气体EOS）出现以来，已经提出了大量状态方程来描述实际气体行为。但是，其中许多还没有通过时间的考验。多年来，由于它们相对简单，因此很少有人坚持使用。在石油行业中，最常见的现代EOS是Peng Robinson EOS（PR EOS）和Soave-Redlich-Kwong EOS（SRK EOS）。这两个都是立方EOS，因此是van der Waals EOS的派生，我们将在下面进行讨论。还有其他更复杂的EOS，尽管它们尚未在我们的领域中得到广泛应用：

参考

李·凯斯勒EOS（LK EOS）

本尼迪克特-韦伯-鲁宾EOS（BWR EOS）

本尼迪克特·韦伯·鲁宾·史达琳EOS（BWRS EOS）

在天然气中，尤其是在天然气传输行业中，使用的标准EOS是AGA EOS；这是用于Z因子计算的超精确EOS