tilafunktiot

Tilafunktiot ovat fysikaalisia suureita, joiden arvo riippuu ainoastaan järjestelmän tilasta, eikä siitä, miten tila on saavutettu. Käytännössä tilafunktio määrittelee ominaisuuden, joka on olemassa tietyllä tilan merkkijonolla (esimerkiksi paine, tilavuus, lämpötila, koostumus) riippumatta toiminnasta tai reitistä, jolla tila saavutettiin. Tällaisia suureita käytetään laajasti termodynamiikassa, kemiallisessa tasapainossa ja tilastotieteellisessä mekaniikassa.

Matematiikassa tilafunktio on eksakti differiaali: on olemassa funktio F, jonka differentiaali df on tilafunktio, ja tilanmuutoksen kokonaisarvo f(B) − f(A) riippuu ainoastaan tilojen A ja B välisestä siirtymästä. Tämä tarkoittaa, että tila- ja energiamuutosten ohjelma voidaan jäsentää konsistentisti ilman riippuvuutta reitistä.

Tunnetuimmat esimerkit tilafunktioista termodynamiikassa ovat sisäenergia U, entalpia H, entropia S sekä Gibbsin ja Helmholtzin vapaa energia G ja F. Nämä suureet ovat tilaparametrien (kuten T, P, V ja koostumus) funktioita ja ne kuvaavat järjestelmän tilaa.

Sen sijaan Q ja W ovat polkureittisiä suureita (path functions): niiden arvo riippuu siitä, millä tavalla tila muutetaan, eikä ainoastaan siitä, mihin tilaan päästään. Tämä ero on keskeinen sekä teoreettisessa että soveltavassa termodynamiikassa ja fysikaalisessa analyysissä.

Tilafunktioiden käsite on keskeinen eksaktien differentiaalien ja energiansiirtien ymmärtämisessä sekä monissa käytännön sovelluksissa, kuten materiaalien ominaisuuksien arvioinnissa ja kemiallisessa tasapainossa.