Tilstandsforholdet

Tilstandsforholdet er et begrep innen termodynamikk som beskriver forholdet mellom de tilstander et system kan anta i likevekt. En tilstand defineres av et sett av tilstandvariabler, vanligvis trykk (P), volum (V), temperatur (T) og mengde (n), og tilstandsforholdet angir hvilke kombinasjoner som er mulige i en gitt fase. For et homogent system er egenskapene til en tilstand styrt av tilstandsfunksjoner som avhenger av tilstanden og ikke av hvordan systemet har kommet dit.

Den matematiske koblingen mellom tilstandene kalles en tilstandsligning, eller en ligning av tilstand. Den mest kjente er ideell gass-likningen PV = nRT, men for andre stoffer og i andre forhold brukes mer presise ligninger av tilstand, som van der Waals-likningen. Slike ligninger beskriver hvordan P, V og T henger sammen for en substans under ulike forhold og gir konsekvensene for faser og egenskaper.

Tilstandsforhold brukes til å kartlegge faser og faseoverganger gjennom fase-diagrammer. Ved et gitt trykk og temperatur kan diagrammet angi om et stoff er i gass, væske eller fast form, og hvor fasegrensene ligger. Viktige konsepter i denne sammenhengen er kritiske punkter og triple punkt, som beskriver hvor fasegrenser møtes og hvor egenskaper som tetthet og entalpi endrer seg markant.

I praksis gjør tilstandsforholdet det mulig å forutsi egenskaper og atferd til systemer uten å spore hele prosesser. Dette er grunnlaget for termodynamiske beregninger i ingeniørfag, kjemi og materialvitenskap, fra effektberegninger i energisystemer til design av materialer og prosesser.