Прво је дефинисана и коришћена за описивање брзина честица у идеалним гасовима, где се честице слободно крећу унутар непокретног контејнера без међусобне интеракције, изузев врло кратких судара у којима међусобно или са својим окружењем размењују енергију и моментум. Термин „честица“ у овом контексту односи се само на гасовите честице ( атоме или молекуле), а претпоставља се да је систем честица достигао термодинамичку равнотежу . [1] Енергије таквих честица прате оно што је познато као Максвел-Болцманова статистика, а статистичка расподела брзина изведена је изједначавањем енергија честица са кинетичком енергијом .
Математички, Максвел-Болцманова расподела је хи дистрибуција са три степена слободе (компоненте вектора брзине у Еуклидовом простору), са параметром скале који мери брзине у јединицама пропорционалним квадратном корену од (однос температуре и масе честица). [2]
Максвел-Болцманова расподела резултат је кинетичке теорије гасова, која пружа поједностављено објашњење многих основних гасних својстава, укључујући притисак и дифузију . [3] Максвел-Болцманова расподела се у основи примењује на брзине честица у три димензије, али се испоставило да зависи само од брзине ( износа брзине) честица. Расподела вероватноће брзине честице указује на то које су брзине вероватније: честица ће имати брзину случајно одабрану из расподеле и већа је вероватноћа да ће бити унутар једног опсега брзина од другог. Кинетичка теорија гасова односи се на класични идеалан гас, који је идеализација стварних гасова. У стварним гасовима постоје различити ефекти (нпр. Ван дер Валсове интеракције, вртложни ток, релативистичка ограничења брзине и интеракције квантне размене ) који могу учинити њихову расподелу брзине другачијом од Максвел-Болцмановог модела. Међутим, разређени гасови на уобичајеним температурама понашају се готово као идеалан гас и Максвелова расподела брзине је одлична апроксимација за такве гасове. Идеалне плазме, које су јонизовани гасови са довољно малом густином, често имају и расподелу честица која је делимично или у потпуности максвеловска. [4]
Дистрибуцију је први извео Максвел 1860. године на хеуристичким основама. [5] Болцман је касније, 1870-их, спровео значајна истраживања физичког порекла ове дистрибуције.
Дистрибуција се може извести на основу тога што максимализује ентропију система. Списак извода су:
Максимална расподела вероватноће ентропије у фазном простору, са ограничењем очувања просечне енергије ;
Под претпоставком да систем од интереса садржи велики број честица, удео честица унутар бесконачно малог елемента тродимензионалног простора брзине,, центриран на вектор брзине величине, је, у којима
где је маса честица и је производ Болцманове константне и термодинамичке температуре .
Елемент простора брзине можемо записати као d = d d d, за брзине у стандардном картезијанском координатном систему или као d = д d у стандардном сферном координатном систему, где d је елемент пуног угла. У овом случају, је дата као функција расподеле вероватноће, правилно нормализована тако да d преко свих брзина једнака је један. У физици плазме, расподела вероватноће се често помножи са густином честица, тако да је интеграл резултујуће функције расподеле једнак густини.
Максвелова функција расподеле за честице које се крећу само у једном смеру, ако је овај правац , је
који се могу добити интегрисањем тродимензионалне форме дане изнад и .
Препознавши симетрију , може се интегрисати преко пуног угла и написати расподела вероватноће брзина као функција
Ова функција густине вероватноће даје вероватноћу, по јединици брзине, налажења честице брзином близу . Ова једначина је једноставно Максвел-Болцманова расподела (дата у инфо кутији) са параметром расподеле . Максвел-Болцманова расподела еквивалентна је хи дистрибуцији са три степена слободе и параметром скале .
Дарвин-Фовлер-овом методом средњих вредности добија се Максвел-Болцманова расподела као тачан резултат.
Однос према 2D Максвел-Болцмановој расподели
За честице ограничене да се крећу у равни, расподела брзине је дата са
Ова расподела се користи за опис система у равнотежи. Међутим, већина система не започиње у равнотежном стању. Еволуцијом система ка његовом равнотежном стању управља Болцманова једначина . Једначина предвиђа да ће за интеракције кратког домета равнотежна расподела брзине следити Максвел-Болцманову расподелу. Десно је симулација молекуларне динамике (МД) у којој је 900 честица тврде сфере ограничено да се креће у правоугаонику. Они комуницирају помоћу савршено еластичних судара. Систем се покреће из равнотеже, али расподела брзине (у плавој боји) брзо конвергира у 2D Максвел-Болцман расподелу (у наранџастој боји).
Типичне брзине
Средња брзина , највероватнија брзина ( режим) vp и средња квадратна брзина могу се добити из својстава Максвелове расподеле.
}}-->Укратко, типичне брзине су повезане на следећи начин:
Средња квадратна брзина директно је повезана са брзином звукаc у гасу, за
где је адијабатски индекс, f је број степена слободе појединачног молекула гаса. За горњи пример, двоатомни азот (приближни ваздух) на 7002300000000000000♠300, [7] и
права вредност ваздуха се може апроксимализовати коришћењем просечне моларне тежине ваздуха ( 7001290000000000000♠29 ), дајући 7002347000000000000♠347 на 7002300000000000000♠300 (корекције за променљиву влажност ваздуха су реда од 0,1% до 0,6%).
Просечна релативна брзина
где је тродимензионална расподела брзине
Интеграл се лако може извршити променом на координате и
Извођење и сродне дистрибуције
Максвел – Болцман статистика
Првобитно извођење из 1860. године Џејмса Клерка Максвела био је аргумент заснован на молекуларним сударима кинетичке теорије гасова као и одређеним симетријама у функцији расподеле брзине; Максвел је такође дао рани аргумент да ови молекуларни судари имају тенденцију ка равнотежи. [5][8] После Максвела, Лудвиг Болцман је 1872. године [9] такође извео расподелу на механичким основама и тврдио да би гасови временом требало да теже ка тој расподели, услед судара (види Х-теорему ). Касније (1877) [10] је поново извео расподелу у оквиру статистичке термодинамике . Изводи у овом одељку су у складу са Болцмановим извођењем из 1877. године, почев од резултата познатог као Максвел -Болцман статистика (из статистичке термодинамике). Максвел -Болцманова статистика даје просечан број честица пронађених у датом једночестичном микростању. Под одређеним претпоставкама, логаритам фракције честица у датом микростању сразмеран је односу енергије тог стања и температуре система:
Претпоставке ове једначине су да честице не интерагују међусобно и да су класичне; то значи да се стање сваке честице може сматрати независно од стања осталих честица. Поред тога, претпоставља се да су честице у топлотној равнотежи. [1][11]
Ова веза се може написати као једначина увођењем нормализујућег фактора:
(1)
где:
Ni је очекивани број честица у једночестичном микростању i,
Деноминатор у једначини ( 1 ) је једноставно нормализујући фактор тако да односи доприносе јединству- другим речима, то је нека врста партицијске функције (за једнопартицијски систем, а не уобичајена партицијска функција читавог система).
Будући да су брзина и велоцитет повезани са енергијом, једначина ( 1 ) се може користити за добијање односа између температуре и брзине честица гаса. Све што је потребно је открити густину микростања у енергији, која се одређује поделом простора импулса на регионе једнаке величине.
где је п2 квадрат импулсног вектора p = [ пк, пи, пз ]. Стога једначину ( 1 ) можемо преписати као:
(3)
где је З партицијска функција, која одговара деноминатору у једначини ( 1 ). Овде је m молекулска маса гаса, Т термодинамичка температура и kБолцманова константа . Ова дистрибуција је пропорционалан функцији густине вероватноћеfп за проналажење молекула са овим вредностима компоненти импулса, па:
(4)
Нормализујућа константа може се одредити препознавањем да вероватноћа молекула има одређени замах мора бити 1. Интегрисањем експоненцијала у ( 4 ) по свим pk,p y и pz добија се фактор од
Тако да је нормализована функција расподеле:
Сматра се да је расподела производ три независне нормално дистрибуиране променљиве, , и, са одступањем . Поред тога, може се видети да ће величина моментума бити распоређена као Максвел-Болцманова расподела, са . Максвел-Болцманова расподела за импулс (или једнако за брзине) може се темељније добити помоћу Х-теореме у равнотежи у оквиру кинетичке теорије гасних оквира.
Расподела енергије
Расподела енергије је импозантна
(7)
где је бесконачно мали запремински простор импулса фазног простора који одговара енергетском интервалу . Користећи сферну симетрију односа дисперзије енергије и импулса, ово се може изразити у на следећи начин :
(8)
Користећи тада ( 8 ) у ( 7 ) и изражавајући све у смислу енергије, добијамо
Будући да је енергија пропорционална збиру квадрата три нормално распоређене компоненте импулса, ова расподела енергије може се записати еквивалентно гама расподели, користећи параметар облика, и параметар скале, .
Користећи теорему о равнотежи, с обзиром да је енергија равномерно распоређена између сва три степена слободе у равнотежи, такође можемо поделити у скуп хи-квадрат дистрибуција, где енергија по степену слободе,, дистрибуира се као хи-квадрат дистрибуција са једним степеном слободе, [12]
У равнотежи, ова расподела ће важити за било који број степени слободе. На пример, ако су честице ригидни масени диполи фиксног диполног момента, имаће три транслациона степена слободе и два додатна ротациона степена слободе. Енергија у сваком степену слободе биће описана према горњој хи-квадрат расподели са једним степеном слободе, а укупна енергија биће распоређена према хи-квадрат дистрибуцији са пет степена слободе. То има импликације у теорији специфичне топлоте гаса.
Максвел-Болцман-ова расподела се такође може добити узимајући у обзир да је гас врста квантног гаса за који се може извршити апроксимација ε >> к Т.
Расподела за вектор брзине
Схватајући да је густина вероватноће брзине fv пропорционална функцији густине вероватноће импулса за
и користећи p = m v добијамо
што је Максвел-Болцманова расподела брзине. Вероватноћа проналаска честице брзином у бесконачно малом елементу [ dvk, dvy, dv z ] о брзини v = [ vk, v y, vz] је
Као и моментум, и за ову расподелу се види да је производ три независне нормално дистрибуиране променљиве, , и, али са одступањем . Такође се може видети да је Максвел-Болцманова расподела брзине за векторску брзину [v k, vy, vz ] је умножак расподеле за сваки од три правца:
где је расподела за један правац
Свака компонента вектора брзине има нормалну расподелу са средњом вредношћу и стандардна девијација, тако да вектор има тродимензионалну нормалну расподелу, одређену врсту мултиваријантне нормалне расподеле, са средњом вредности и коваријанција, где је идентитет матрица.
Расподела брзине
Максвел-Болцманова расподела брзине следи непосредно из расподеле вектора брзине, горе. Имајте на уму да је брзина
где и су сферни координатни углови вектора брзине. Интеграција функције густине вероватноће брзине преко пуних углова даје додатни фактор од . Расподела брзине са заменом брзине за збир квадрата векторских компонената:
У n -димензионалном простору
У n- димензионалном простору Максвел-Болцманова расподела постаје:
Дистрибуција брзине постаје:
Следећи интегрални резултат је користан:
где је функција Гама . Овај резултат се може користити за израчунавање тренутака функције расподеле брзине:
^Nitrogen at room temperature is considered a "rigid" diatomic gas, with two rotational degrees of freedom additional to the three translational ones, and the vibrational degree of freedom not accessible.
^Boltzmann, L., "Weitere studien über das Wärmegleichgewicht unter Gasmolekülen." Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften in Wien, mathematisch-naturwissenschaftliche Classe, 66, 1872, pp. 275–370.
^Boltzmann, L., "Über die Beziehung zwischen dem zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie und der Wahrscheinlichkeitsrechnung respektive den Sätzen über das Wärmegleichgewicht." Sitzungsberichte der Kaiserlichen Akademie der Wissenschaften in Wien, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Classe. Abt. II, 76, 1877, pp. 373–435. Reprinted in Wissenschaftliche Abhandlungen, Vol. II, pp. 164–223, Leipzig: Barth, 1909. Translation available at: http://crystal.med.upenn.edu/sharp-lab-pdfs/2015SharpMatschinsky_Boltz1877_Entropy17.pdfАрхивирано на сајту Wayback Machine (5. март 2021)
^McGraw Hill Encyclopaedia of Physics (2nd Edition), C.B. Parker, (1994) ISBN0-07-051400-3
U.S. presidential election in Maryland Main article: 2004 United States presidential election 2004 United States presidential election in Maryland ← 2000 November 2, 2004 2008 → Nominee John Kerry George W. Bush Party Democratic Republican Home state Massachusetts Texas Running mate John Edwards Dick Cheney Electoral vote 10 0 Popular vote 1,334,493 1,024,703 Percentage 55.91% 42.93% County Results Kerry 50-60% 60-70% ...
Colombian university This article is about the university in Colombia. For similarly named universities, see Universidad de los Andes. University of the AndesUniversidad de los Andes[1]Latin: Universitas AndiensisTypePrivateEstablished16 November 1948; 75 years ago (1948-11-16)[2]RectorRaquel Bernal SalazarAcademic staff1,457aAdministrative staff2,416[3]Students24,653bUndergraduates14,337[3]Postgraduates2,515[3]Doctoral students276[...
Oskar Kurt DöbrichOskar Kurt DöbrichNaissance 17 mai 1911MetzDécès 31 octobre 1970 (à 59 ans)MünsterNationalité allemandeActivité Peintremodifier - modifier le code - modifier Wikidata Oskar Kurt Döbrich (17 mai 1911 à Metz - 31 octobre 1970 à Münster) était un peintre et graphiste allemand. Biographie Oskar Kurt Döbrich naît à Metz le 17 mai 1911, pendant la première annexion allemande. En 1918, Metz redevenant Française, sa famille doit quitter la Lorraine pour la ré...
MalteseMaltiParlato in Malta LocutoriTotale520.000 Altre informazioniScritturaAlfabeto latino TipoSVO introflessiva TassonomiaFilogenesiLingue afro-asiatiche Lingue semitiche Lingue semitiche meridionali Lingua araba Dialetti arabi magrebini Lingua siculo-araba Lingua maltese Statuto ufficialeUfficiale in Malta Unione europea Regolato daIl-Kunsill Nazzjon...
Ini adalah nama Korea; marganya adalah Kim. Kim Chang WanLahir22 Februari 1954 (umur 70)Seoul, Korea SelatanAlmamaterUniversitas Nasional SeoulPekerjaanPenyanyi, pemeran, penulisTahun aktif1977–sekarangSuami/istriKang Gwi BinNama KoreaHangul김창완 Hanja金昌完 Alih AksaraGim Chang-wanMcCune–ReischauerKim Ch'ang-wan Situs webchangwan.com Kim Chang Wan (lahir 22 Februari 1954) adalah seorang penyanyi rock, komponis, musisi, pemeran, pemandu acara TV, DJ radio, penulis, dan pe...
Video yang diambil oleh awak Ekspedisi 29 di atas ISS saat melewati Eropa Barat pada tahun 2011 Pengertian umum Eropa Barat setelah Perang Dunia II dan pada Perang Dingin. Eropa Barat dalam pengertiannya yang paling umum adalah konsep politik yang muncul dan dipakai pada Perang Dingin. Perbatasannya terbentuk pada akhir Perang Dunia II, dan terdiri dari negara-negara yang tidak diduduki oleh tentara Uni Soviet dan tidak dikuasai oleh rezim komunis. Eropa Barat ini berbeda dengan Eropa Timur l...
Навчально-науковий інститут інноваційних освітніх технологій Західноукраїнського національного університету Герб навчально-наукового інституту інноваційних освітніх технологій ЗУНУ Скорочена назва ННІІОТ ЗУНУ Основні дані Засновано 2013 Заклад Західноукраїнський �...
Artikel ini sebatang kara, artinya tidak ada artikel lain yang memiliki pranala balik ke halaman ini.Bantulah menambah pranala ke artikel ini dari artikel yang berhubungan atau coba peralatan pencari pranala.Tag ini diberikan pada Januari 2023. Sekolah Pagesangan adalah komunitas yang berlokasi di Dusun Wintaos, Desa Girimulya, Kecamatan Panggang, Kabupaten Gunungkidul, Provinsi Daerah Istimewa Yogyakarta.[1] Diinisiasi oleh Diah Widuretno sejak tahun 2008, Sekolah Pagesangan merupaka...
Kim Collins Datos personalesNacimiento San Cristóbal y Nieves5 de abril de 1976 (48 años)Nacionalidad(es) SancristobaleñoAltura 1,80 mPeso 77 kgCarrera deportivaDeporte Atletismo Medallero Campeonato Mundial OroParís 2003100 m BronceEdmonton 2001200 m BronceHelsinki 2005100 m BronceDaegu 2011100 m BronceDaegu 20114 x 100 m Campeonato Mundial en Pista Cubierta PlataBirmingham 200360 m PlataValencia 200...
Storage building for grain This article is about granaries in general. For the Bristol granary, see Granary, Bristol. For the record label, see Granary Music. This article's lead section may be too short to adequately summarize the key points. Please consider expanding the lead to provide an accessible overview of all important aspects of the article. (December 2015) A simple granary (early 19th century), Slovenia A granary is a storehouse or room in a barn for threshed grain or animal feed. ...
CBS affiliate in Champaign, Illinois For the seed certification organization, see Wisconsin Crop Improvement Association. For the Welsh forum for the exchange of ideas on international issues, see Welsh Centre for International Affairs. For other uses, see CIA. This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: WCIA – news · new...
Component of a diesel engine This article relies largely or entirely on a single source. Relevant discussion may be found on the talk page. Please help improve this article by introducing citations to additional sources.Find sources: Injection pump – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (February 2019) Injection pump for a 12-cylinder diesel engine An injection pump is the device that pumps fuel into the cylinders of a diesel engine. Traditional...
1928 silent film The Shepherd of the HillsFilm poster with novelDirected byAlbert S. RogellWritten byDwinelle BenthallMarion JacksonRufus McCoshBased onThe Shepherd of the Hillsby Harold Bell WrightProduced byCharles R. RogersRichard A. RowlandStarringAlec B. Francis Molly O'Day John BolesCinematographySol PolitoEdited byHugh BennettProductioncompanyFirst National PicturesDistributed byFirst National PicturesRelease date January 1, 1928 (1928-01-01) Running time90 minutesCountr...
Biblical episode from the Passion of Jesus For other uses, see Flagellation of Christ (disambiguation) and Christ at the Column (disambiguation). Stained glass from Dalhem Church, Sweden (c. 1240) The Flagellation of Christ, in art sometimes known as Christ at the Column or the Scourging at the Pillar, is an episode from the Passion of Jesus as presented in the Gospels. As such, it is frequently shown in Christian art, in cycles of the Passion or the larger subject of the Life of Christ. Cath...
قضية اجتماعيةمنطقة عشوائية في مومباي بالهندمعلومات عامةصنف فرعي من مشكلة تعديل - تعديل مصدري - تعديل ويكي بيانات القضايا الاجتماعية تشمل المشاكل الاجتماعية، الصراع الاجتماعي والمعاناة الاجتماعية.[1][2][3] وتشير أيضاً هذه القضية بأنها تؤثر على شريحة كبيرة من الأ...
Politics of Åland Constitution State Department Governor: Peter Lindbäck Government Premier: Katrin Sjögren Lagting (parliament) Speaker: Ingrid Zetterman Political parties Recent elections Legislative: 20192023 Administrative divisions Åland in the Finnish Parliament Finland portal EU portal Other countries vte Legislative elections were held in Åland on 17 and 18 October 1971.[1] Results PartyVotes%Seats+/–Landsbygdens och skargardens valforbund4,97857.1018–2Freeminded ...
Guiscardcomune Guiscard – Veduta LocalizzazioneStato Francia RegioneAlta Francia Dipartimento Oise ArrondissementCompiègne CantoneNoyon TerritorioCoordinate49°39′N 3°03′E49°39′N, 3°03′E (Guiscard) Altitudine49 e 104 m s.l.m. Superficie20,4 km² Abitanti1 944[1] (2009) Densità95,29 ab./km² Altre informazioniCod. postale60640 Fuso orarioUTC+1 Codice INSEE60291 CartografiaGuiscard Sito istituzionaleModifica dati su Wikidata · Manuale ...