Equació d'estat

En física i química, una equació d'estat és una equació constitutiva per a sistemes hidrostàtics que descriu el estat d'agregació de la matèria com una relació matemàtica entre la temperatura, la pressió, el volum, la densitat, la energia interna i possiblement atres funcions d'estat associades en la matèria.^[1]^[2]^[3]

La majoria de les equacions d'estat modernes es formulen en la energia lliure de Helmholtz. Les equacions d'estat són útils per a descriure les propietats de les substàncies pures i les mescles en estat líquit, gaseós i sòlit, aixina com l'estat de la matèria en l'interior de les estreles.^[4] Encara que existixen moltes equacions d'estat, cap prediu en precisió les propietats de les substàncies en totes les condicions. La busca d'una equació d'estat universal ha distanciat tres sigles. ^[5]

Resum

En l'actualitat, no existix una equació d'estat única que prediga en precisió les propietats de totes les substàncies en totes les condicions. Un eixemple d'equació d'estat que correlaciona les densitat dels gasos i els líquits en les temperatures i les pressions és la llei dels gasos ideals, que és aproximadament precisa per a gasos débilmente polars a baixes pressions i temperatures moderades. Esta equació es torna cada volta menys precisa a pressions més altes i temperatures més baixes, i no permet predir la condensació d'un gas a un líquit.

La forma general d'una equació d'estat pot escriure's com $f (p, V, T) = 0$

a on $p$ és la pressió, $V$ el volum i $T$ la temperatura del sistema. No obstant, també es poden utilisar atres variables en eixa forma. Està directament relacionada en la regla de Gibbs, és dir, el número de variables independents depén del número de substàncies i fases del sistema.

Una equació utilisada per a modelar esta relació es denomina equació d'estat. En la majoria dels casos, este model comprendrà alguns paràmetros empírics que solen ajustar-se a les senyes de medició. Les equacions d'estat també poden descriure sòlits, inclosa la transició de sòlits d'un estat cristalí a un atre. Les equacions d'estat també s'utilisen per a modelar l'estat de la matèria en l'interior de les estreles, incloses les estreles de neutrons, la matèria densa (plasma de quarks-gluones) i els camps de radiació. Un concepte relacionat és la equació d'estat utilisada en cosmologia dels decorreguts perfectes.

Les equacions d'estat s'apliquen en molts camps, com la ingenieria de processos i l'indústria petrolera, aixina com en l'indústria farmacèutica.

Es pot utilisar qualsevol conjunt coherent d'unitats, encara que es preferixen les unitats del SI. La temperatura absoluta es referix a l'us del Kelvin (K), sent zero el zero absolut.

Introducció

Les equacions d'estat són útils per a descriure les propietats dels decorreguts, mesclas, sòlits o inclús de l'interior de les estrelas. Cada substància o sistema hidrostàtic té una equació d'estat característica depenent dels nivells d'energia moleculars i les seues energies relatives, tal com es deduïx de la mecànica estadística.

L'us més important d'una equació d'estat és per a predir l'estat de gasos. Una de les equacions d'estat més simples per a este propòsit és la equació d'estat del gas ideal, que és aproximable al comportament dels gasos a baixes pressions i temperatures majors a la temperatura crítica. No obstant, esta equació pert molta exactitut a altes pressions i baixes temperatures, i no és capaç de predir la condensació de gas en líquit. Per això, existix una série d'equacions d'estat més precises per a gasos i líquits. Entre les equacions d'estat més empleades descollen les equacions cúbiques d'estat. D'elles, les més conegudes i utilisades són la equació de Peng-Robinson (PR) i la equació de Redlich-Kwong-Soave (RKS). Fins ara no s'ha trobat alguna equació d'estat que prediga correctament el comportament de totes les substàncies en totes les condicions.

Ademés de predir el comportament de gasos i líquits, també hi ha equacions d'estat que prediuen el volum dels sòlits, incloent la transició dels sòlits entre els diferents estats cristalins. Hi ha equacions que modelen l'interior de les estrelas, incloent les estreles de neutrons. Un concepte relacionat és l'equació d'estat del decorregut perfecte, usada en cosmologia.

Referències

↑ Sears, Francis Weston; Salinger, {{{nom2}}} (1978). Termodinàmica, teoria cinètica i termodinàmica estadística (en és), Reverte. ISBN 9788429141610.
↑ Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics, Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856552-9.
↑ Eliezer, S. (1986). An Introduction to Equation of State: Theory and Applications, Cambridge University Press. ISBN 0521303893.
↑ Horedt, G.P. (2004). Dordrecht: Kluwer (ed.). Polytropes. Aplicacions en astrofísica i camps relacionats. ISBN 1-4020-2350-2.
↑ “Equations of state in three centuries. ¿Estem més prop d'aplegar a un model únic per a totes les aplicacions?” . Chemical Engineering Science: X 7: 100060. doi:10.1016/j.cesx.2020.100060.

Este artícul conté una traducció derivada de «Ecuación de estado» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.

[1] Sears, Francis Weston; Salinger, {{{nom2}}} (1978). Termodinàmica, teoria cinètica i termodinàmica estadística (en és), Reverte. ISBN 9788429141610.

[Perrot-2] Perrot, Pierre (1998). A to Z of Thermodynamics, Oxford University Press. ISBN 978-0-19-856552-9.

[3] Eliezer, S. (1986). An Introduction to Equation of State: Theory and Applications, Cambridge University Press. ISBN 0521303893.

[4] Horedt, G.P. (2004). Dordrecht: Kluwer (ed.). Polytropes. Aplicacions en astrofísica i camps relacionats. ISBN 1-4020-2350-2.

[5] “Equations of state in three centuries. ¿Estem més prop d'aplegar a un model únic per a totes les aplicacions?” . Chemical Engineering Science: X 7: 100060. doi:10.1016/j.cesx.2020.100060.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]