Состояние термодинамической системы может быть равновесным и неравновесным

Равновесное состояние изолированной термодинамической системы характеризуется постоянством по всему объёму, занимаемому системой, и таких параметров, как давление и температура. Это есть термическое равновесие. В неизолированной системе равновесное состояние однозначно определяется внешними условиями, то есть давлением и температурой внешней среды.

В равновесных термодинамических системах отсутствуют стационарные потоки, например, теплоты или вещества. Всякая изолированная система с течением времени приходит в равновесное состояние, которое и остаётся затем неизменным, пока система не будет выведена из него внешним воздействием.

Если в разных частях объёма, занимаемого рабочим телом, нарушается постоянство давления, то система приходит в неравновесное механическое состояние. Если нарушается постоянство температур, то система приходит в неравновесное термическое состояние. Короче говоря, все три основных параметра связаны между собой определёнными законами.

В тепловых двигателях в качестве рабочего тела применяют реально существующие газы, но для упрощения в технической термодинамике широко применяется понятие об идеальном газе.

Под идеальным газом понимают совокупность материальных вполне упругих молекул, обладающих очень малыми объёмами, находящихся в состоянии хаотического движения и лишённых сил взаимодействия. Под взаимодействием молекул нужно понимать силы взаимного притяжения и отталкивания. Отличие реального газа от идеального заключается в том, что в реальном газе в той или иной мере проявляются силы молекулярного взаимодействия, и в том, что фактически молекулы его занимают хотя и очень малые, но, тем не менее, вполне конкретные конечные по величине объёмы. Чем дальше отстоят молекулы газа друг от друга и чем меньше их линейные размеры по сравнению с расстояниями, отделяющими их друг от друга, тем меньше становятся силы взаимодействия между ними и тем меньше реальный газ будет отличаться от идеального.

Ко многим применяемым в технике газам (кислороду, водороду, азоту, воздуху, двуокиси углерода, газообразным продуктам сгорания топлива) в определённом диапазоне температур и давлений можно без существенных погрешностей применять законы, справедливые для идеальных газов. Однако за пределами этого диапазона к этим газам указанные законы не применимы. Свойства и поведение паров в технической термодинамике рассматриваются особо. Свойства пара мы будем рассматривать позднее, во втором семестре.