PRINCIPIOS DE LA EQUIPARTICION DE LA ENERGIA

PRINCIPIOS DE LA EQUIPARTICION DE LA ENERGIA

PRESENTADO POR: ANDREINA ROYERO– YINELA ACEVEDO 

El presente ensayo hace referencia a las definiciones, aplicaciones y surgimientos de los términos  de equiparticion de la energía. El argumento es simple, según el teorema de la equiparticion de la energía, la energía de una molécula se divide igualmente entre todos los tipos de movimiento a grados de libertad, este último es definido como las coordenadas asociadas a estos movimientos en los cuales una molécula puede almacenar energía. Una molécula monoatómica está constituida por solamente un solo tipo de átomo, como es el caso de los gases nobles, los átomos de metales alcalinos en fase gaseosa Na(g), Ca(g), etc. En el caso de los gases monoatómicos, cada átomo necesita tres coordenadas (x, y y z) para definir totalmente su posición. Como el centro de masas coincide con la posición del átomo, estas tres coordenadas se requieren para describir el movimiento del centro de masas. Como la única energía que debemos considerar es la traslación, entonces la energía promedio será (3/2) kT. Por otra parte, en el caso de una molécula diatónica, se deben especificar 6 coordenadas x1,y1, z1, x2, y2, z2 las que son necesarias para describir los tres movimientos: traslación, rotación y vibración.

Vale la pena recalcar que este teorema surge a partir de una descripción de la mecánica estadística clásica por parte de Einstein en una de sus obras publicadas en 1902, quién simplemente lo empleo como un resultado válido para los gases ideales, pero posteriormente logró relacionar su validez tanto para partículas libres como para electrones ligados sometidos a movimientos armónicos tridimensionales

Lo más importante o lo principal de la equiparticion es que, en equilibrio térmico la energía se reparte en partes iguales entre sus varias formas; un ejemplo de esto es la energía cinética promedio en un movimiento de traslación de una molécula debe ser igual a la energía cinética promedio en su movimiento de rotación. De este teorema, surgen predicciones cuantitativas. Posteriormente, la base general de este tema es que los principios de equiparticion permitan evaluar las contribuciones que en promedio deben realizar los distintos tipos de movimientos como la traslación, rotación y vibración. Se puede afirmar que mientras mayores sean las formas de convertir energía, los sistemas físicos tienden al equilibrio y a la equipartición de la energía más divisiones tendremos de la energía inicial. Sin embargo, también existen medios energéticos con mayor probabilidad de existir, es decir, mayor aceptación, y ese medio acumulará una cierta cantidad mayor de energía. 

La equiparticion de energía resultante sirve bien para la definición de la temperatura cinética, puesto que implica exactamente a los grados de libertad de traslación. Pero falla en la predicción de los calores específicos de los gases poliatomicos, porque el aumento de la energía interna debido al calentamiento de tales gases, añade energía a los grados de libertad rotacional y quizás vibracional. Cada modo vibracional, obtendrá KT/2 de energía cinética y kT/2 de energía potencial. La equiparticion de la energía también tiene implicaciones en la radiación electromagnética cuando está en equilibrio con la materia, teniendo cada modo de radiación kT energía en la ley de Rayleigh-Jeans.

Considerando el factor de Boltzmann para una partícula de un sistema en equilibrio térmico. La energía E de la partícula se divide en energía cinética y potencial, que dependen de variables diferentes e independientes, y separando esas variables se pueden deducir algunos resultados útiles.

Una molécula de tamaño finito puede tener también energía cinética de rotación, y si consta de más de un átomo puede tener energía cinética y potencial asociada con sus vibraciones internas. Del mismo modo, una molécula de la red cristalina de un sólido tiene energía cinética y potencial debido a las oscilaciones que realiza alrededor de su posición de equilibrio. El procedimiento riguroso para tratar estos casos parte de escribir el Hamiltoniano de la molécula, es decir la expresión de su energía en términos de oportunas coordenadas generalizadas y de los correspondientes impulsos canónicamente conjugados. Nosotros usaremos algunos resultados sin demostración, y usaremos velocidades en lugar de impulsos.

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