Tilafunktioista

Tilafunktioista on termodynamiikassa puhetta riippumattomina tilasta, ei muutospolusta. Tilafunktio (state function) antaa arvon ainoastaan järjestelmän nykytilasta, ja sen arvo säilyy muuttamatta tilaa. Tämä tarkoittaa sitä, että tilafunktion arvo ei riipu siitä, millä reitillä tila on saavutettu, vaan vain siitä, missä tilassa järjestelmä on.

Yleisimmät tilafunktiot ovat sisäenergia U, entalpia H, entropia S, Helmholtzin vapaa energia F sekä Gibbsin vapaa energia G. Nämä suureet ovat tyypillisesti laajenevia (esim. U, H, S, F, G) tai tiheittyneitä riippuen kontekstista ja ominaisuudesta, kuten määrästä tai tilavuudesta. Tilafunktiot voidaan ilmaista tilamuuttujien, kuten lämpötilan T ja tilavuuden V tai paineen P ja lämpötilan, avulla.

Tilafunktioilla on olennaisia ominaisuuksia. Niiden arvo määrittää tilan muutoksen seurauksena tapahtuvia prosesseja, mutta ne eivät kerro mitään reitin varrella tapahtuvasta energiankäytöstä. Esimerkiksi Q ja W ovat matkan function, eivät tilafunktioita, koska niiden arvo riippuu reitistä. Joillekin tilafunktioille voidaan kirjoittaa eksaktien differentiaalien muodossa kuten dU = T dS − P dV, dH = T dS + V dP, dF = −S dT − P dV ja dG = −S dT + V dP. Nämä lausekkeet kuvaavat, miten tilafunktiot muuttuvat tilamuuttujien muutosten funktiona.

Tilafunktioita käytetään laajasti termodynamiikan sovelluksissa. Ne mahdollistavat spontaanisuuden arvioinnin, vakio-olosuhteissa tapahtuvan muodonmuutoksen, sekä kemiallisten reaktioiden ja faasimuutosten tutkinnan. Niiden ymmärrys on keskeinen sekä perustutkimuksessa että sovelluksissa kuten materiaalitekniikassa ja kemiantekniikassa.