Rovnovážný stav ideálního plynu můžeme charakterizovat pomocístavové rovnice, tj. pomocí vzájemné závislosti stavových veličin plynu
p, p1, p2 ... tlak plynu, tlak plynu ve stavech 1 a 2[Pa];
V, V1, V2 ... objem plynu, objem plynu ve stavech 1 a 2 [m3];
T, T1, T2 ... teplota plynu, teplota plynu ve stavech 1 a 2 [K];
n ... látkové množství plynu [mol];
m … hmotnost plynu [kg];
Mm … molární hmotnost [kg·mol-1].
Pro ideální plyn za normálních podmínek platí:
R ... univerzální plynová konstanta 8,31 [J·mol-1·K-1];
p0… normální tlak plynu 101 325 [Pa];
V0 … normální molární objem plynu 22,4.10-3 [m3·mol-1];
T0 … normální teplota plynu 273,15 [K].
Avogadrův zákon je v principu jiným vyjádřením stavové rovnice, které lze formulovat rovněž tak, že stejné plynů obsahují za stejného teploty vždy stejný počet molekul. Poměr hustot dvou plynů je za stejné teploty a tlaku stejný jako poměr hmotností jejich molekul. Za tzv. normálních podmínek (tj. teploty 0 °C a tlaku 101 325 Pa) je molární objem roven 22,414 dm3, přičemž v plynu je obsaženo 6,022.1023 částic (vyjadřuje Avogadrova konstanta).
p … tlak plynu [Pa];
V … objem plynu [m3];
N … počet molekul plynu;
k … Boltzmannova konstanta 1,3·10-23 [J·K-1];
T … termodynamická teplota [K];
NA… Avogadrova konstanta 6,02·1023 [mol-1];
Rm… univerzální plynová konstanta 8,31 [J·mol-1·K-1].
Experimentální verifikace platnostistavové rovnice se provádí pomocí pVT přístroje.Vnější nádoba je naplněna vodou av této lázni se ohřívá kovová nádobanaplněná plynem (např. vzduchem). Hrdlo plynové nádoby je propojeno hadicí s kapalinovým manometrem. Příslušenství přístroje tvoří odporováspirála, dále míchačka vodní lázně ateploměr pro měření teploty lázně a tím přibližně i teploty plynu. Měření provádíme tak, že barometrem změříme p tlak plynu, teploměrem T teplotu vody = plynu, V objem je znám (1litr). Zahřejeme plyn a za rovnovážného stavu určíme přírůstky tlaku Dp, objemu DV, teploty DT, které přičteme k původním hodnotám. Poté verifikujeme výpočtem, že platí
Pro reálné plyny je třeba uvažovat závislost stavových veličin podle přesnější van der Waalsovy rovnice. U reálného plynu nezanedbáváme interakci molekul plynu a ani jejichobjem, stavovou rovnici potřebujeme aplikovat i při vysokých tlacíchplynu. Proto pro celkový tlak a celkový objem plynu uvažujeme korekce(opravy). Měřený tlak na stěnu pracovního válce korigujeme přičtenímkohezního tlaku a objem odečtením určitého členu b, který reprezentujeobjem dokonale stlačených molekul plynu pístem v pracovním válci.
a, b … materiálové konstanty závislé na druhu plynu, které se určujíexperimentálně pomocí kritického stavu (za kterého mizí rozdíly mezikapalnou a plynnou fází daného reálného plynu (indexy K).
Stavovou rovnici pro ideální plyn však lze použít přibližně i pro skutečné plyny. Rozdíly budou tím menší, čím bude tlak plynu nižší a teplota vyšší, tj. čím více se bude skutečný plyn blížit svými vlastnostmi plynu ideálnímu.