Hva er en statlig ligning?

I termodynamikk er en tilstandsligning (EOS) det matematiske uttrykket som beskriver sammenkoblingen mellom tilstandsvariabler - generelt makroskopisk observerbare og målbare egenskaper - for en bestemt tilstand. Denne tilstanden kan være fast, flytende, gass eller plasma. Observasjoner eller egenskaper som brukes i en statlig ligning kan varieres av teoretikeren, men generelt beskriver de staten fullstendig. For eksempel kan tilstandsligningen for "n" mol av en ideell gass beskrives fullstendig ved å bruke ligningen PV = nRT, der P = trykk, V = volum, R = den ideelle gasskonstanten og T = temperatur. Merk at en EOS er ment å beskrive ikke mer enn en tilstand, enten tilstanden er fast, flytende eller gass.

Slik at en statligning kan nærme seg tilnærming til reell atferd, blir parametere som de tre listet over modifisert av ytterligere empiriske - eksperimentelle - og til og med beregningsmessige termer. Blant disse begrepene er atomvolum, som trekker fra det totale volumet, og intermolekylær kraft, som påvirker avstanden mellom partiklene. Selv disse justeringene er kanskje ikke tilstrekkelige. For å forene en ligningsstatus med de målte dataene den er ment å forklare, kan virale matematiske termer og iterative beregningsmetoder være nødvendig. Slike begreper tilslører intellektuell tolkning, men de forbedrer praktisk anvendelse.

En akseptabel tilstandslikning kan være vanskelig å utlede for flytende systemer, fordi de opplever en mye større grad av molekylær interaksjon som følge av at molekyler er mye nærmere hverandre enn for gasser. Væsker er kategorisert basert på størrelsen på slike interaksjoner som enten ikke-assosierende eller som assosierende. De fleste spredningskrefter i London er ganske svake, og hvis de er de eneste intermolekylære kreftene som er til stede, er væsken - kanskje en olje eller annet hydrokarbon - ikke tilknytning. Hvis imidlertid sammenføyningen av molekyler er sterkere, som for hydrogenbundne molekyler, assosierer væsken. Jo sterkere kreftene er, jo mer kompleks er den matematiske modelleringen og den tilsvarende tilstanden.

For utvikling av en akseptabel tilstandslikning kan assosierende væsker anses for å ligne mer på faste stoffer enn ikke-assosierende væsker. Noen forskere bruker en modell som inneholder et todimensjonalt gitter, noe som antyder at tilknyttende væsker har minst noen faste egenskaper. Et gitter som er todimensjonalt i stedet for tredimensjonalt, indikerer at den faste oppførselskomponenten er begrenset. Siden noen av partiklene ikke anses å være en del av gitteret, er navnet tilordnet denne modellen for væsker - enten det er gass eller væske - teorien om "gittergass". Matematikken til gitter-væske-ligningens ligninger av tilstand kan bli mot-intuitiv og kompleks, slik det er godt illustrert av polymer-i-løsningsmiddelsystemer.