Equipartition Theorem

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In systems in which the energy of the particles can always be separated into a kinetic energy that depends on the moment and a potential energy that only depends on the position, the average kinetic energy does not depend on the potential energy. If, in addition, it is assumed that the kinetic energy has the traditional form of the sum of the squares of the velocity, it can be concluded that the internal energy is proportional to the temperature and the degrees of freedom necessary to describe its behavior.

>Model

ID:(472, 0)



Physical meaning of the theorem

Definition

El teorema de equipartición establece que la energía tiende a distribuirse en forma homogénea entre todos los grados de libertad de un sistema.

En ese sentido un cambio de fase se puede entender como un cambio en que se 'abre' una serie de nuevos grados de libertad y la energía que estos demandan correspondería a la energía latente para el cambio.

ID:(659, 0)



Equipartition Theorem

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In systems in which the energy of the particles can always be separated into a kinetic energy that depends on the moment and a potential energy that only depends on the position, the average kinetic energy does not depend on the potential energy. If, in addition, it is assumed that the kinetic energy has the traditional form of the sum of the squares of the velocity, it can be concluded that the internal energy is proportional to the temperature and the degrees of freedom necessary to describe its behavior.

Variables

Symbol
Text
Variable
Value
Units
Calculate
MKS Value
MKS Units
$\beta$
beta
Beta
1/J
$k_B$
k_B
Constante de Boltzmann
J/K
$K$
K
Energía cinética
J
$U$
U
Energía interna
J
$\epsilon$
epsilon
Energía por grado de libertad
J
$m$
m
Masa de la partícula
kg
$p_i$
p_i
Momento de la partícula $i$
kg m/s
$N$
N
Numero de partículas
-
$T$
T
Temperatura
K
$v$
v
Velocidad de la partícula
m/s

Calculations


First, select the equation:   to ,  then, select the variable:   to 

Symbol
Equation
Solved
Translated

Calculations

Symbol
Equation
Solved
Translated

 Variable   Given   Calculate   Target :   Equation   To be used



Equations


Examples

Por lo general la energ a tiene una parte cin tica y una potencial.\\n\\n

$E=K+V$

\\n\\nSi la parte potencial solo depende de la posici n, en una estimaci n de la energ a t rmica (cin tica) media del sistema esta no tiene contribuci n ya que en\\n\\n

$U=\displaystyle\frac{\displaystyle\int\prod_id^3q_i\prod_id^3p_iKe^{-\beta(K+V)}}{\displaystyle\int\prod_id^3q_i\prod_id^3p_ie^{-\beta(K+V)}}$



se simplifica la parte de la energ a potencial quedando con list

equation

En caso de que la energ a cin tica sea igual a un factor por el momento al cuadrado\\n\\n

$E=\sum_i\displaystyle\frac{p_i^2}{2m}+U(q_1,q_2,\ldots,q_{3N})$

\\n\\nla integraci n sobre los estados de fase puede realizarse en el momento y la posici n en forma separada. En este caso la energ a media resulta finalmente una promediaci n sobre los posibles momentos:\\n\\n

$U=\displaystyle\frac{\displaystyle\int\prod d^3p_i e^{-\beta\sum_ip_i^2/2m}\displaystyle\frac{p_i^2}{2m}}{\displaystyle\int\prod d^3p_i e^{-\beta\sum_ip_i^2/2m}}$



que se puede integrar sin problemas arrojando con list

equation

Como la energ a t rmica media resulta con list=658

equation=658



y el sistema tenia 3N grados de libertad, Boltzmann concluyo de que la energ a de un sistema se reparte en forma equitativa sobre todos los grados de libertad con list de esta siendo esta igual a

equation

por cada uno de estos. Este concepto lleva a la formulaci n del teorema de equipartici n.

Seg n el teorema de equipartici n una part cula de masa m y velocidad v de tres grados de libertad tendr a una energ a cin tica con list igual a

equation

El teorema de equipartici n establece que la energ a tiende a distribuirse en forma homog nea entre todos los grados de libertad de un sistema.

En ese sentido un cambio de fase se puede entender como un cambio en que se 'abre' una serie de nuevos grados de libertad y la energ a que estos demandan corresponder a a la energ a latente para el cambio.


>Model

ID:(472, 0)