熱力学における状態の概念

熱力学において「状態」とは、ある系が特定の条件下でどのような物理的性質を持っているかを示す概念です。系が熱平衡状態にあるとき、その状態は少数の独立した変数（状態量）によって一意に決定されます。

熱平衡状態

熱平衡状態とは、系のマクロな物理量が時間的に変化せず、かつ系内部で熱的・力学的・化学的な流れが生じていない状態を指します。この状態にある系は、外部環境との相互作用がない限り、その性質を維持し続けます。

状態量と状態方程式

系を記述するために用いられる物理量を状態量と呼びます。状態量は、系の大きさに依存する「示量性状態量」（体積、粒子数、内部エネルギーなど）と、系の大きさに依存しない「示強性状態量」（温度、圧力、化学ポテンシャルなど）に分類されます。

これらの状態量の間には、特定の関係式が存在します。これを状態方程式と呼び、例えば理想気体においては pV = nRT という形で表されます。系が平衡状態にある場合、独立な状態量を指定することで、他のすべての状態量が決定されます。

状態の関数と過程

系がある平衡状態から別の平衡状態へ変化することを「過程」と呼びます。状態の関数とは、系の現在の状態のみによって値が決まる物理量（内部エネルギー、エントロピーなど）を指します。一方、仕事や熱のように、どのような過程を経て変化したかという経路に依存する量は「過程関数」と呼ばれ、状態量とは区別されます。