Energian tasajakautumisperiaate

(Ohjattu sivulta Ekvipartitioteoreema)

Energian tasajakautumisperiaatteen eli ekvipartitioteoreeman mukaan termisessä tasapainossa olevan klassisen järjestelmän energia on jakautunut tasaisesti kaikkien vapausasteiden kesken, niin että keskimääräinen energia vapausastetta kohti on ½kT, missä T on järjestelmän lämpötila ja k on Boltzmannin vakio. Esimerkiksi ideaalikaasun hiukkasilla ei oleteta olevan sisäistä rakennetta, joten niillä on kolme vapausastetta, yksi kutakin avaruuden dimensiota kohti, ja näin ideaalikaasun keskimääräinen energia hiukkasta kohti on 3/2kT.[1]

Ekvipartitioteoreema on hyödyllinen monissa tapauksissa, mutta se ei päde silloin kun vapausasteen virittämiseen tarvittava energia on suurempi kuin järjestelmän lämpötila. Tässä tapauksessa havaitaan että vapausaste on "jäätynyt", eikä se vaikuta järjestelmän ominaislämpökapasiteettiin. Tämä johtuu siitä että vapausasteen virittämiseen tarvitaan tietty minimimäärä energiaa, sillä viritykset ovat kvantittuneita. Erityisesti matalissa lämpötiloissa järjestelmän ominaislämpökapasiteetin laskemiseen täytyy tämän vuoksi käyttää kvanttimekaniikkaa. Kvanttimekaanisessa systeemissä energian jakautumista eri vapausasteiden kesken kuvaa fermionisille hiukkasille Fermin-Diracin statistiikka ja bosonisille hiukkasille Bosen-Einsteinin statistiikka.

Lähteet muokkaa

  1. Stig Stenholm: ”Luku 1. Kineettinen kaasuteoria”, Tilastollisen Fysiikan kurssi, s. 2. Luentomoniste. Helsingin yliopiston monistuspalvelu, 1975. (suomeksi)
Tämä fysiikkaan liittyvä artikkeli on tynkä. Voit auttaa Wikipediaa laajentamalla artikkelia.