Ekvationstillståndet

Ekvationstillståndet är en relation som beskriver ett systems tillstånd i termer av dess tillståndsvariabler. Vanligtvis innefattar det tryck (P), volym (V), temperatur (T) och mängden av ämnet (n) eller sammansättning. Ekvationen anger hur dessa variabler hänger samman och är en beskrivning av tillståndet oberoende av hur systemet har uppnått det.

Formellt skrivs det ofta som F(P,V,T,n)=0 eller som P = P(V,T,n). En ekvationstillstånd kan vara exakt och härledd ur statistisk mekanik eller kvantmekanik för ett specifikt ämne, eller vara empirisk/semi-empirisk och anpassad till mätdata. Den fångar egenskaper såsom fasgränser, kompressibilitet och andra tillståndsberoende egenskaper.

Exempel på välkända ekvationer är den ideala gaslagen PV = nRT. För verkliga ämnen används mer sofistikerade modeller som van der Waals-ekvationen, som tar hänsyn till molekylära interaktioner och ändligt volym. Andra exempel är Peng–Robinson och Redlich–Kwong, ofta använda i kemisk teknik. För fasta material och extrema tillstånd finns EOS som Murnaghan eller Birch–Murnaghan, och i astrofysik beskriver olika EOS materiens beteende vid högt tryck och temperatur.

Användningar inkluderar beräkning av fasdiagram, beräkning av processparametrar i industriella processer, simulering av material och studier av kosmisk materia. Begränsningar innefattar att EOS ofta är approximationer som gäller inom specificerade intervall och som kräver kalibrering mot data eller mer avancerade modeller när systemet är komplext eller befinner sig i extrema tillstånd.