Toestandsgrootheid

Toestandsgrootheid is een eigenschap van een thermodynamisch systeem die de toestand beschrijft. Een toestandsgrootheid hangt af van de huidige toestand van het systeem en is onafhankelijk van de manier waarop die toestand is bereikt. Daarmee onderscheidt zij zich van procesgrootheden als arbeid en warmte, die afhankelijk zijn van het pad tussen toestanden.

Een systeem kan zijn toestand volledig bepalen door een klein aantal onafhankelijke toestandsgrootheden. Voor een eenvoudig, homogeen systeem zijn doorgaans twee variabelen voldoende. De set van alle toestandsgrootheden vormt de toestandruimte; relaties tussen hen worden gegeven door een vergelijking van toestand of een set van wetten. Een bekend voorbeeld is de ideale gaswet pV = nRT die de toestandspaar p, V, T met elkaar relateert.

Toestandsgrootheden kunnen worden onderverdeeld in intensieve en uitgebreide grootheden. Intensieve grootheden, zoals temperatuur T en druk p, blijven constant bij verdubbeling van de hoeveelheid stof. Uitgebreide grootheden, zoals inwendige energie U, entropie S en volume V, nemen toe met de hoeveelheid stof. Een molaire of specifieke vorm (bijv. s = S/n, u = U/n) levert intensieve grootheden op die onafhankelijk zijn van de hoeveelheid.

Voorbeelden van toestandsgrootheden zijn onder meer temperatuur (T), druk (p), volume (V), inwendige energie (U), entropie (S), enthalpie (H) en Gibbs vrije energie (G). In de statistische mechanica en thermodynamica vormen deze grootheden samen de beschrijving van de toestand van een systeem; het onderscheid met procesgrootheden is cruciaal voor analyse en berekening.