状态和状态函数

2.1.2　状态和状态函数

1.状态和状态函数的概念　任何体系都可以用一系列宏观可测的物理量来描述体系的状态，如物质的种类、质量、体积、压力、温度等。热力学体系的状态(state)是体系的所有物理性质和化学性质的综合表现，如质量、温度、压力、体积、浓度、密度、黏度和折光率等。当这些物理量有确定值时，体系就处于一定的状态，描述体系状态的物理量称为状态函数(state function)，例如，气体的压力、体积、热力学温度、物质的量等都是状态函数，它们的数值确定了，体系的状态也就确定了。因此，也可以说状态是体系的物理性质和化学性质的总和。状态函数具有以下重要性质：

(1)体系的所有状态函数之间是相互联系的，因此只要测出某些易测的状态函数，就可以通过相互联系的数学式，计算出难以测量的状态函数的数值。例如，若把气体看成是理想气体，只要测出压力、体积、热力学温度、物质的量中的任何三个数值，就可以通过理想气体状态方程(pV=nRT)算出第四个状态函数值。

(2)任何状态函数的变化值与体系的起始状态和最终状态有关，而与体系变化的过程和途径无关。例如，使一杯水从初始状态10℃到最终状态30℃，无论是直接从10℃加热到30℃或者先从10℃加热到50℃，然后再降温到30℃，或采用其他不同的途径，温度的变化值都是：

Δt=t_终-t_始=30℃-10℃=20℃

状态函数的这一特性可以使研究的问题大大简化，避免研究许多复杂的中间过程；如果系统经历了许多复杂的变化，最终又回到了起始状态，这种变化称为环程变化；此时，系统状态函数的变化值都等于零。

2.状态函数的分类　状态函数根据它与体系中物质的量的关系，可以分为两类：

(1)容量性质(extensive properties)：其数值与系统中物质的量成正比，且此种性质在一定条件下有加和性，容量性质亦称广度性质，如体积、质量、物质的量等就是容量性质。

(2)强度性质(intensive properties)：这种性质取决于体系自身的特性，与体系中物质的数量无关，没有加和性，如温度、压力、密度、溶液的浓度等就是强度性质。