实验表明，当系统处于热平衡状态时，其状态参量总是满足一定的函数关系。热平衡状态下各个状态参量之间的关系式称为系统的状态方程。热力学系统状态方程的具体形式由实验确定，例如，在压强不太大（与大气压相比）、温度不太低（与室温相比）的条件下，各种气体都遵守三大实验定律：波意尔（Boyle）定律、查理（Charles）定律、盖－吕萨克（Gay－Lussac）定律。在任何情况下都能严格遵从上述三个实验定律的气体称为理想气体。
由气体的三个实验定律得到一定质量的理想气体的状态方程为
式中，M为气体的摩尔质量；m为气体的质量；R为摩尔气体常数，国际单位制中R＝8．314J／（mol·K）；p为气体压强；T为气体的热力学温度；V为气体分子的活动空间。
在常温常压下，实际气体都可近似地当做理想气体来处理。
平衡态除了可用一组状态参量来描述之外，还常用状态图中的一个点来表示，例如，对给定的理想气体，其一个平衡态可由p－V图（或p－T图、V－T图）中对应的一个点来表示，不同的平衡态对应于图上不同的点。一条连续曲线代表系统的一个由平衡态组成的变化过程，曲线上的箭头表示过程进行的方向，不同曲线代表不同的过程，如图10－1－1所示。
图10－1－1 平衡态示意图
【例10－1】 氧气瓶的压强降到106 Pa时即应重新充气，以免混入其他气体。今有一瓶氧气，容积为32L，压强为1．3×107 Pa，若每天用105 Pa的氧气400L，问此瓶氧气可供多少天使用？设使用时温度不变。
解 根据题意，可确定研究对象为原来气体、用去气体和剩余气体，设这三部分气体的状态参量分别为p1、V1、m1，p2、V2、m2，p3、V3、m3，设使用时的温度为T，可供x天使用，分别对它们列出状态方程，有
又因为
所以
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