Termodynamiskt tillstånd - en uppsättning makroskopiska parametrar som kännetecknar tillståndet för ett termodynamiskt system [1] . Valet av parametrar för ett visst termodynamiskt system beror på studiens mål [2] , förhållandet mellan parametrarna kallas tillståndsekvationen . Antalet oberoende parametrar som särskiljs bland alla som beskriver det termodynamiska tillståndet kallas antalet termodynamiska frihetsgrader [1] . Termodynamiska tillstånd delas in i jämvikt och icke-jämvikt, studerade inom ramen för relevanta teorier.
Termodynamiken etablerar en idealiserad formalism, som uttrycks av termodynamikens postulatsystem. Termodynamiska tillstånd är bland de grundläggande eller grundläggande objekten eller begreppen för formalism, där deras existens formellt postuleras och inte härleds eller byggs från andra begrepp [3] [4] [5] .
Ett termodynamiskt system är inte bara ett fysiskt system [6] , utan ett makroskopiskt objekt, vars mikroskopiska egenskaper inte uttryckligen beaktas i dess termodynamiska beskrivning. Antalet tillståndsvariabler som behövs för att specificera ett termodynamiskt tillstånd varierar beroende på system och är inte alltid känt innan experimentets start; vanligtvis erhålls de från experimentella data. Två eller flera parametrar används för beskrivning, men inte mer än några dussin. Även om antalet tillståndsvariabler fastställs experimentellt, återstår valet vilken som ska användas för en bekväm beskrivning. Ett givet termodynamiskt system kan alternativt identifieras av flera olika uppsättningar av tillståndsvariabler. Valet görs vanligtvis utifrån miljön, som är relaterad till termodynamiska processer och måste beaktas i beskrivningen av systemet. Till exempel, om värmeöverföring ska övervägas för ett system, måste väggen i systemet vara genomsläpplig för värme, och denna vägg måste ansluta systemet till en kropp i miljön (termisk reservoar ) som har en viss tidsoberoende temperatur [7] [8] .
För jämviktstermodynamik i systemets termodynamiska tillstånd är dess innehåll i intern termodynamisk jämvikt med nollflöden av alla storheter, både interna och mellan systemet och omgivningen. För Planck är det huvudsakliga kännetecknet för det termodynamiska tillståndet i ett system som består av en fas i frånvaro av ett yttre kraftfält rumslig homogenitet [9] . För termodynamik som inte är i jämvikt , inkluderar en lämplig uppsättning identifierande tillståndsvariabler några makroskopiska variabler, såsom en rumslig temperaturgradient som inte är noll , som indikerar en avvikelse från termodynamisk jämvikt . Sådana icke-jämviktsidentifierande tillståndsvariabler indikerar att något icke-nollflöde existerar i systemet eller mellan systemet och miljön [10] .
Förutom de termodynamiska variablerna som initialt identifierar systemets termodynamiska tillstånd, kännetecknas systemet av ytterligare storheter som kallas termodynamiska tillståndsfunktioner eller helt enkelt tillståndsfunktioner. De bestäms unikt av det termodynamiska tillståndet som gavs av de ursprungliga tillståndsvariablerna. Övergången från ett givet initialt termodynamiskt tillstånd till ett givet slutligt termodynamiskt tillstånd i ett termodynamiskt system är känd som en termodynamisk process; vanligtvis är det överföring av materia eller energi mellan systemet och miljön. I vilken termodynamisk process som helst, oavsett de mellanliggande förhållandena under passagen, beror den totala motsvarande förändringen i värdet av varje termodynamisk tillståndsvariabel endast på de initiala och slutliga tillstånden. För en idealiserad kontinuerlig eller kvasistatisk process betyder detta att oändligt små gradvisa förändringar i sådana variabler är exakta differentialer. Tillsammans definierar de inkrementella förändringarna genom hela processen, såväl som de initiala och slutliga tillstånden, den idealiserade processen.
I en idealisk gas skulle de termodynamiska variablerna vara tre av följande fyra: antal mol, tryck , temperatur och volym. Således kommer det termodynamiska tillståndet att vara i ett tredimensionellt tillståndsrum. Den återstående variabeln, liksom andra storheter som intern energi och entropi , kommer att uttryckas som funktioner av tillståndet för dessa tre variabler. Tillståndsfunktioner uppfyller vissa universella begränsningar uttryckta av termodynamikens lagar och beror på egenskaperna hos materialen som utgör ett visst system.
Många typer av termodynamiska diagram har utvecklats för att modellera övergångar mellan termodynamiska tillstånd.
Fysiska system som finns i naturen är nästan alltid dynamiska och komplexa, men i många fall är makroskopiska fysiska system mottagliga för beskrivning i termer av närhet till ideala förhållanden. Ett sådant idealtillstånd är tillståndet av stabil jämvikt. Ett sådant tillstånd är ett primitivt föremål för klassisk eller jämviktstermodynamik, där det kallas ett termodynamiskt tillstånd. Baserat på många observationer postulerar termodynamiken att alla system som är isolerade från den yttre miljön kommer att utvecklas på ett sådant sätt att de närmar sig unika stabila jämviktstillstånd. Det finns ett antal olika typer av jämvikt som motsvarar olika fysiska variabler, och ett system når termodynamisk jämvikt när villkoren för alla relevanta typer av jämvikt uppfylls samtidigt. Flera typer av jämvikt: