Ecuación de estado
En física , química y termodinámica , una ecuación de estado es una ecuación termodinámica que relaciona variables de estado , que describen el estado de la materia en un conjunto dado de condiciones físicas, como presión , volumen , temperatura o energía interna . [1] La mayoría de las ecuaciones de estado modernas se formulan en la energía libre de Helmholtz. Las ecuaciones de estado son útiles para describir las propiedades de sustancias puras y mezclas en líquidos, gases y estados sólidos , así como el estado de la materia en el interior de las estrellas..
En la actualidad, no existe una única ecuación de estado que prediga con precisión las propiedades de todas las sustancias en todas las condiciones. Un ejemplo de una ecuación de estado correlaciona las densidades de gases y líquidos con temperaturas y presiones, conocida como la ley de los gases ideales , que es aproximadamente precisa para gases débilmente polares a bajas presiones y temperaturas moderadas. Esta ecuación se vuelve cada vez más inexacta a presiones más altas y temperaturas más bajas, y no puede predecir la condensación de un gas a un líquido.
donde está la presión, el volumen y la temperatura del sistema. Sin embargo, también se pueden usar otras variables en esa forma. Está directamente relacionado con la regla de la fase de Gibbs , es decir, el número de variables independientes depende del número de sustancias y fases del sistema.
Una ecuación utilizada para modelar esta relación se llama ecuación de estado. En la mayoría de los casos, este modelo comprenderá algunos parámetros empíricos que generalmente se ajustan a los datos de medición. Las ecuaciones de estado también pueden describir sólidos, incluida la transición de sólidos de un estado cristalino a otro. Las ecuaciones de estado también se utilizan para modelar el estado de la materia en el interior de las estrellas, incluidas las estrellas de neutrones , la materia densa ( plasmas de quarks y gluones ) y los campos de radiación. Un concepto relacionado es la ecuación de estado fluida perfecta utilizada en cosmología .
Las ecuaciones de estado se aplican en muchos campos, como la ingeniería de procesos y la industria del petróleo, así como la industria farmacéutica.
Se puede usar cualquier conjunto consistente de unidades, aunque se prefieren las unidades SI . La temperatura absoluta se refiere al uso de Kelvin (K), siendo cero el cero absoluto.