Закон равнораспределения - утверждение, согласно которому в классической
равновесной статистич. системе ср. кинетич. энергия,
приходящаяся на каждую трансляционную, вращательную и колебательную степени
свободы, равна q/2 (q = kT), средняя потенциальная энергия, приходящаяся
на каждое гармонич. колебание в системе,- тоже q/2. Т. о., на каждую колебат.
степень свободы в среднем приходится энергия q - в 2 раза больше, чем на каждую
трансляц. и вращат. степени свободы. Закон равнораспределения является прямым следствием статистич.
вириала теоремы:
(чертой сверху обозначено усреднение с помощью
классич. канонического распределения Гиббса)и того, что Гамильтона
функция системы Я представляет квад-ратич. форму по обобщённым импульсам
рk для любого типа движения в нерелятивистской системе и квадратич.
форму по обобщённым координатам хk для каждого происходящего
в ней гармонич. колебания.
Закон равнораспределения ограничен областью применимости классич.
приближения: условие невырожденности газаqвыр
==
(см. Больцмана распределение), где V - объём системы, содержащий N молекул массой т, обеспечивает
применимость закона равнораспределения по отношению к трансляционному
движению, условия =
=и -
по отношению к вращению молекул газа и колебат. движениям в них (I -
момент инерции, w0 - частота собств. колебаний). Численные значения
этих характерных температур заметно отличаются друг от друга по порядкам величин.
Например, для молекул, входящих в состав воздуха,
К,К,К,
и поэтому при комнатной температуре (Т300
К) трансляц. и вращат. движения невырождены и подчиняются закону равнораспределения, тогда как колебания
как бы выключены ("заморожены") и практически не дают своего вклада
в термодинамич. характеристики системы. Закон равнораспределения эффективно применим в случаях,
когда система может быть аппроксимирована идеальной (т. е. учёт взаимодействия
частиц даёт малые поправки к равновесным термодинампч. характеристикам газа),
а, кроме того, внутр. движения в молекулах
(например, вращения и колебания) независимы друг от друга и от поступат. перемещений
(трансляций) молекул.
Для расчёта внутренней энергии
и теплоёмкости при пост. объёме газа,
состоящего из n-атомных молекул (общее число
молекул - N), следует подсчитать число независимых степеней свободы,
приходящихся на одну молекулу: 3 трансляционные, 3 вращательные, 3n-
6 колебательных (в линейных молекулах 2 вращательные и 3n- 5 колебательных),
и воспользоваться законом равнораспределения. Тогда
[для газа из линейных молекул
Для простых твёрдых тел, рассматриваемых в гармонич. приближении (см. Динамика
кристаллической решётки), из закона равнораспределения при темп-pax выше Дебая температуры следует Дю-лонга и Пти закон=
N·3q или для молярной теплоёмкости кристалла, Смоп
= 3R (R - универсальная газовая постоянная ).Для равновесного
излучения Закон равнораспределения приводит к Рэлея- Джинса закону излучения, справедливому
в области низких частот
Литература по закону равнораспределения
Квасников И. А., Термодинамика и статистическая физика, М., 1991.
Знаете ли Вы, почему "черные дыры" - фикция? Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда". На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли. Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма. Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал: "Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985] Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.