Tilanfunktio

termodynaamista tilaa kuvaava funktio, joka riippuu vain systeemin nykyisestä tilasta
(Ohjattu sivulta Tilafunktio)

Tilanfunktio on termodynaamisen systeemin tasapainotilaa kuvaava suure, jonka arvo riippuu ainoastaan systeemin makroskooppisesta tilasta.[1] Esimerkkejä tilanfunktiosta ovat tilavuus, paine, lämpötila, sisäenergia, entropia ja ainemäärä.

Tilanfunktion arvo ei riipu siitä, miten systeemi päätyi nykyiseen tilaansa. Tästä syystä esimerkiksi systeemin tekemä työ tai sen vastaanottama lämpö eivät ole tilanfunktioita, koska niiden arvoja ei voi päätellä ainoastaan systeemin nykytilasta. Tätä ominaisuutta kutsutaan polkuriippuvuudeksi eli tilanfuntiolta vaaditaan polkuriippumattomuutta.

Suureet, joiden arvoa ei voi yksikäsitteisesti määrittää systeemin makrotilasta, eivät ole tilanfunktioita. Esimerkiksi tietyn kaasuhiukkasen sijainti ei ole tilanfunktio.

TermistöäMuokkaa

Tilanfunktiot voidaan jakaa ekstensiivisiin ja intensiivisiin tilanfunktiohin sen mukaan riippuuko niiden arvo systeemin koosta. Energian, tilavuuden ja massan kaltaiset tilanfunktiot ovat ekstensiivisiä eli niiden arvo riippuu systeemin koosta, kun taas lämpötila, paine, tiheys ja energiatiheys ovat intensiivia tilanfunktiota.

Useita tilanfunktiota toisiinsa liittävää yhtälöä kutsutaan tilanyhtälöksi. Esimerkiksi ideaalikaasulaki   on tilanyhtälö, koska se liittää toisiinsa neljä tilanfunktiota: paineen  , tilavuuden  , ainemäärän   ja lämpötilan  .

Lista tilanfunktiostaMuokkaa

Seuraavat suureet ovat tilanfunktiota termodynamiikassa:

Teoriassa on mahdollista määritellä ääretön määrä tilanfunktioita yhdistelemällä toisia tilanfunktioita. Esimerkiksi Helmholtzin vapaaenergia   määritellään kaavalla   mutta myös suure   on tilanfunktio, vaikkakaan ei fysikaalisesti yhtä hyödyllinen.

LähteetMuokkaa

  1. Blundell, Stephen & Blundell, Katherine: Concepts in Thermal Physics, s. 104-106. Oxford University Press, 2006.