Потребител:PetaRZ/Пясъчник/Теорема за равномерно разпределение на енергията
From Wikipedia, the free encyclopedia
В класическата статистическа физика, теоремата за равномерно разпределение на енергията дава връзка между температурата на дадена физична система и средната стойност на нейната пълна енергия. Първоначалната идея е била, че в термодинамично равновесие, средната стойност на пълната енергия е равномерно разпределена между различните видове енергия: например, кинетичната енергия, дължаща се на праволинейното движение на дадена молекула става равна на кинетичната енергия, дължаща се на въртенето на молекулата около остта ѝ.
Тази теорема дава много количествени резултати. Също като теоремата за вириала, с нея може да изчислим средната стойност на пълната енергия, и за дадена температура да определим потенциалната енергия на системата, което ще ни позволи да изчислим специфичния топлинен капацитет на дадената физична система. Теоремата дава средните стойности и на отделните форми на енергията, като например кинетичната енергия на една молекула или потенциалната енергия на един хармоничен осцилатор. Теоремата предвижда, че при термично равновесие, средната кинетична енергия на една молекула от идеален газ е равна на (3/2)kBT, където kB е константата на Болцман, а Т е температурата. Въобще, теоремата може да бъде приложена на всяка една физична система в равновесие, независимо от нейната сложност. Теоремата може да бъде отправна точка при извода на уравнението на Клапейрон-Менделеев, закона на Дюлон-Пети, изчисляване на специфичните топлинни капацитети на твърдите тела и др. Теоремата е вярна и в рамките на релативистичната механика, което я прави полезна и при определяне на някои физични свойства на звездите, включително бели джуджета и неутронни звезди.
Въпреки че теоремата дава много точни резултати в повечето случаи, тя не е валидна за квантово-механични системи, например при ниски температури - когато енергията на дадена степен на свобода (координата) стане по-малка от енергията на нулевата точка, което квантовата механика забранява. Макроскопично проявление на този ефект е стойността на специфичния топлинен капацитет при ниски температури - той клони към нула, докато резултатът от теоремата за равномерно разпределение на енергията е, че тази величина не трябва да се изменя при такова намаление на температурата. Експерименталните резултати за стойностите на специфичния топлинен капацитет са едни от първите фактори, довели физиците на 19 век до извода, че класическата физика не е в състояние да опише всички явления на микроскопично ниво, т.е. че е необходима нова физика. Неспособността на теоремата да обясни свойствата на електромагнитното лъчение при високи честоти карат Планк да изкаже хипотезата за квантовата природа на светлината, т.е. че светлината се разпространява на малки пакети(по-късно наречени кванти или фотони), което проправя пътя за откриването и развитието на квантовата механика.