Stavová veličina

Stavová veličina alebo veličina kvality je veličina charakterizujúca stav sústavy.

Termodynamika

Vo fyzike sa stavové veličiny vyskytujú v termodynamike v súvislosti s opisom plynov, ale tiež magnetických vlastností látok. Dôležitou súčasťou našich vedomostí o sústave je tzv. stavová rovnica, ktorá navzájom spája niektoré stavové veličiny daného systému. Príkladom je známa stavová rovnica ideálneho plynu $pV=NRT$.

Stavové veličiny delíme na intenzívne a extenzívne. Intenzívne sa pri vzájomnom kontakte dvoch systémov nemenia. Patrí medzi ne napríklad teplota: ak dáme do kontaktu dva plyny s teplotami T, teplota výsledného plynu bude opäť T. Naproti tomu extenzívne veličiny sa pri spájaní sústav sčítavajú. Patria medzi ne napríklad objem, počet častíc, vnútorná energia a entropia.

Nezávislosť od dráhy (histórie)

Aby sa fyzikálna veličina mohla nazývať stavovou, nesmie závisieť od dráhy – teda od toho, akým spôsobom sa systém dostane zo začiatočného stavu do stavu koncového. S ohľadom na túto podmienku môžeme povedať, že napríklad vnútorná energia je stavová veličina, ale práca ňou nie je. Ak chceme porozumieť prečo, predstavme si plyn s tlakom p a objemom V, ktorý zväčšíme na 2V. Toto zväčšenie objemu môže prebehnúť pri danom konštantnom tlaku, vtedy plyn vykoná prácu $W=p(2V-V)=pV$ (vykonaná práca je súčinom tlaku a zmeny objemu). Môžeme však postupovať aj inak: najprv plyn ochladíme pri nezmenenom objeme tak, aby tlak klesol na polovicu pôvodnej hodnoty. Pri tomto tlaku zväčšíme objem plynu z V na 2V a nakoniec zvýšime tlak na pôvodnú hodnotu. Celková vykonaná práca $W=(p/2)(2V-V)=pV/2$ sa líši od prvej vypočítanej – práca teda skutočne nie je stavová veličina.

Entropia

Zvláštny príklad stavovej veličiny predstavuje entropia. Z matematického hľadiska sú stavové veličiny také, ktoré majú totálny diferenciál. Ak aj neexistuje totálny diferenciál možno použiť tzv. integrálny faktor. Ak vynásobíme nestavovú veličinu napríklad parciálny diferenciál tepla q (to mimochodom nemá vlastne ani definíciu, iba intuitívnu) integrálnym faktorom 1/T dostaneme totálny diferenciál tzv. entropie. Z týchto dôvodov (stavovosti) bola entropia zavedená. Neskôr bola štatisticky interpretovaná a vďaka penetrácií do iných oblastí vedy dostala niekedy až mystický výklad (tepelná smrť a obdobné hyperbolické regresie), pričom sa zabudlo na triviálnu príčinu zavedenia pojmu.

Niekoľko príkladov stavových veličín

• tlak (p)
• objem (V)
• teplota (T)
• hustota ($\varrho$)
• hmotnosť (m), resp. počet častíc (N)
• vnútorná energia (U)
• entropia (S)
• voľná energia (F)
• entalpia (H)