Уравнение состояния
В физике и химии уравнение состояния — это термодинамическое уравнение, связывающее переменные состояния , которые описывают состояние материи при заданном наборе физических условий, таких как давление , объем , температура или внутренняя энергия . [1] Большинство современных уравнений состояния формулируются в свободной энергии Гельмгольца. Уравнения состояния полезны при описании свойств чистых веществ и смесей в жидкостях, газах и твердых состояниях, а также состояния вещества внутри звезд .
В настоящее время не существует единого уравнения состояния, которое бы точно предсказывало свойства всех веществ при любых условиях. Пример уравнения состояния, связывающего плотности газов и жидкостей с температурой и давлением, известного как закон идеального газа , который примерно точен для слабополярных газов при низких давлениях и умеренных температурах. Это уравнение становится все более неточным при более высоких давлениях и более низких температурах и не может предсказать конденсацию из газа в жидкость.
где – давление, объем и температура системы. Однако в этой форме можно использовать и другие переменные. Оно напрямую связано с правилом фаз Гиббса , то есть количество независимых переменных зависит от количества веществ и фаз в системе.
Уравнение, используемое для моделирования этой взаимосвязи, называется уравнением состояния. В большинстве случаев эта модель будет включать некоторые эмпирические параметры, которые обычно корректируются с учетом данных измерений. Уравнения состояния также могут описывать твердые тела, включая переход твердых тел из одного кристаллического состояния в другое. Уравнения состояния также используются для моделирования состояния вещества в недрах звезд, включая нейтронные звезды , плотную материю ( кварк-глюонную плазму ) и поля излучения. Родственной концепцией является уравнение состояния идеальной жидкости , используемое в космологии .
Уравнения состояния применяются во многих областях, таких как технологические процессы и нефтяная промышленность, а также фармацевтическая промышленность.
Можно использовать любой последовательный набор единиц, хотя предпочтительны единицы СИ . Абсолютная температура относится к использованию шкалы Кельвина (К), где ноль означает абсолютный ноль.