La ley de equipartición de la energía establece que en un sistema en equilibrio térmico, la energía promedio de cada grado de libertad es 1/2 kt , dónde:
* k es el Boltzmann constante (aproximadamente 1.38 x 10⁻²³ J/K)
* t es la temperatura absoluta en Kelvin
grados de libertad Consulte las formas independientes en que una molécula puede almacenar energía. Estos pueden ser:
* Traslacional: Movimiento en tres dimensiones (x, y, z)
* rotacional: Rotación alrededor de tres ejes (para moléculas no lineales)
* vibratoria: Oscilaciones de átomos dentro de la molécula
Puntos clave:
* se aplica a los sistemas en equilibrio térmico: El sistema debe estar en estado estable donde la energía se distribuye uniformemente entre todas las partículas.
* Energía promedio: La ley describe la energía promedio por grado de libertad, no la energía exacta de una sola molécula.
* Mecánica clásica: El teorema de equiparticición se basa en la mecánica clásica y supone que la energía es continua.
* Limitaciones: La ley no se mantiene a temperaturas muy bajas donde los efectos cuánticos se vuelven significativos.
Ejemplo:
Una molécula diatómica tiene 5 grados de libertad:3 traslacionales, 2 rotacionales. Según el teorema de equiparto, la energía promedio de la molécula es (5/2) Kt.
Implicaciones prácticas:
* Capacidad de calor específica: El teorema de equiparticición puede explicar la capacidad de calor específica de los gases y sólidos.
* Mecánica estadística: Desempeña un papel crucial en la comprensión del comportamiento estadístico de los sistemas en el equilibrio térmico.
* Comprensión del movimiento molecular: La equiparticición de la energía nos ayuda a comprender cómo se distribuye la energía entre los diferentes tipos de movimiento molecular.
Es importante tener en cuenta que la ley de equipartición de la energía es una ley estadística. Se mantiene cierto en promedio, pero las moléculas individuales pueden tener diferentes energías.
