能量均分定律的内容的简单介绍(能量均分定理中的能量)

赖裕翔网友提问：

能量均分定律的内容的简单介绍

优质答案：

一、在经典统计力学中，能量均分定理（Equipartition Theorem）是一种联系系统温度及其均匀能量的基本公式。能量均分定理又被称作能量均分定律、能量均分原理、能量均分，或仅称均分。能量均分的初始概念是热平衡时能量被等量分到各种形式的运动中；例如，一个分子在平移运动时的均匀动能应即是其做旋转运动时的均匀动能。

二、能量均分定理能够作出定量猜测。类似于均功定理，对于一个给定温度的系统，利用均分定理，可以计算出系统的总均匀动能及势能，从而得出系统的热收留。均分定理还能分别给出能量各个组分的均匀值，如某特定粒子的动能又或是一个弹簧的势能。例如，它猜测出在热平衡时理想气体中的每个粒子均匀动能皆为(3/2)kBT，其中kB为玻尔兹曼常数而T为温度。更普遍地，无论多复杂也好，它都能被应用于任何处于热平衡的经典系统中。能量均分定理可用于推导经典理想气体定律，以及固体比热的杜隆-珀蒂定律。它亦能够应用于猜测恒星的性质，由于即使考虑相对论效应的影响，该定理依然成立。

三、尽管均分定理在一定条件下能够对物理现象提供非常正确的猜测，但是当量子效应变得明显时（如在足够低的温度条件下），基于这一定理的猜测就变得不正确。具体来说，当热能kBT比特定自由度下的量子能级间隔要小的时候，该自由度下的均匀能量及热收留比均分定理猜测的值要小。当热能比能级间隔小得多时，这样的一个自由度就说成是被“冻结”了。比方说，在低温时很多种类的运动都被冻结，因此固体在低温时的热收留会下降，而不像均分定理原测的一般保持恒定。对十九世纪的物理学家而言，这种热收留下降现象是表明经典物理学不再正确，而需要新的物理学的第一个征兆。均分定理在猜测电磁波的失败（被称为“紫外灾变”）导致普朗克提出了光本身被量子化而成为光子，而这一革命性的理论对刺激量子力学及量子场论的发展起到了重要作用。

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