Для равновесной термодинамической системы существует функциональная связь между термическими параметрами, называемые термическим уравнением состояния. Уравнение, связывающее температуру Т, внешние параметры и внутреннюю энергию u, называется калорическим уравнением состояния. уравнение состояния устанавливается опытным путем или выводится на основе статистической физики. Если известны термическое и калорическое уравнения состояния, то с помощью первого и второго закона термодинамики можно определить все термодинамические свойства системы.
Уравнение состояния идеального газа: pV = mRT
Уравнение состояния 1 кг идеального газа: pv = RT , где R - постоянная газовая Дж/(кг • К).
Из уравнения состояния идеального газа находим:
Следовательно, газовая постоянная - это работа 1 кг идеального газа при постоянном давлении и изменение температуры на 1 1 Кельвин.
Если уравнение состояния идеального газа заменить заменить массу на молярную массу газа то получим уравнение Клапейрона-Менделеева:
В котором Vu -молярный объем рабочего тела, м^3/кмоль (при нормальных физических условиях данная величина составляет 22,4 м^3/кмоль), Ru - универсальная газовая постоянная составляющая 8314 Дж/(кмоль •К) для нормальных физических.
Свойства реальных газов вследствие значительности силы межмолекулярных взаимодействий отличные от свойств идеальных газов. Наиболее простое уравнение, отражающие связь между техническими параметрами состояния реальных рабочих тел, это уравнение Ван-дер-Ваальса. Обозначим через b минимальный объем, до которого можно сжать реальный газ. Очевидно, что в этом случае свободный для пробега молекул объём будет равен v-b. из-за уменьшения длины пробега молекул число ударов их о стенку в единицу времени (т.е. давление) увеличится в v/(v-b) раз. Иными словами:
силы притяжения между молекулами приводят к возникновению молекулярного давления (в реальном газе из-за силы притяжения скорость движения молекулы к стенке снижается, а следовательно, импульс силы удара о стенку уменьшается). Сила молекулярного притяжения пропорциональна квадрату числа молекул, приходящихся на 1 квадратный метр поверхности, то есть квадрату плоскости, и обратно пропорционально удельному объему: Рмол = a/v^2, где а - коэффициент пропорциональности, зависящий от природы реального газа. Отсюда следует, что уравнение Ван-дер-Ваальса примет вид:
(р+а/v^2)(v-b) = RT
Следует учесть что вышеуказанные уравнение не всегда согласуются с опытом, что объясняется наличием в реальных газах отдельных групп, состоящих из двух, трех и более молекул.
На основе разработанной теории ассоциации молекул водяного пара М.П. Вукаовичем и И.И. Новиковым выведено уравнение состояния, а также составлены таблицы и диаграммы свойства водяного пара, которые используются на практике для выполнения теплотехнических расчетов.