توزيع ماكسويل-بولتزمان

توزيع ماكسويل-بولتزمان هو توزيع احتمالي يستخدم في تطبيقات عديدة في الفيزياء والكيمياء ، وفي الديناميكا الإحصائية .حيث تعتمد درجة حرارة نظام فيزيائي كبير على حركة مكوناته من الذرات أو الجزيئات و تتميز الجزيئات بسرعات مختلفة .[1][2][3] وتختلف سرعة الجزيء من وقت لآخر بسبب اصطدامه بالجزيئات الأخرى. ويكون عدد الجزيئات التي تكون لها سرعة معينة ثابتاً عند وصول النظام إلى حالة الاتزان الحراري . ويمكننا تعيين فئة من تلك الجزيئات ذات السرعة الواحدة بحساب توزيع ماكسويل للسرعات عند درجة حرارة معلومة للنظام. ويـُعرف هذا التوزيع بتوزيع ماكسويل و بولتزمان .

تطبيقات عملية لتوزيع ماكسويل-بولتزمان

يمثل توزيع ماكسويل-بولتزمان أساس نظرية حركة الغازات ( كينتيكا الغازات kinetic gas theory ) التي تصف خواص الغازات بما فيها ضغط الغاز وانتشاره . ويعطي توزيع ماكسويل-بولتزمان توزيع سرعات الجزيئات في الغاز ، كما يعطينا أيضا توزيع عزوم الجزيئات وطاقة حركتها ، وكل من تلك الخواص له دالة خاصة به ولكنها تنتمي لبعضها البعض.

ويمكن الحصول على توزيع ماكسويل-بولتزمان بوساطة الميكانيكا الإحصائية (إحصاء ماكسويل ) ، وهي تُعطي السرعة الأكثر احتمالاً في نظام كبير من الجزيئات التي لا تتفاعل مع بعضها ، ولا يحدث بينها سوى الاصطدامات المرنة ، مع افتراض عدم وجود تأثيرات كمومية بينها.

وتوجد حالات كثيرة لا تنطبق تلك الشروط عليها، مثل التصادم الأيونات في الطبقة الأيونية للأرض [أيونوسفير). وتصادم البلازما في الفضاء الخارجي. والصدمات المتسببة للتأين. والاصطدامات التي تصدر إشعاعاً وعلى الأخص تصادم الإلكترونات . فتطبيق توزيع ماكسويل-بولتزمان علي تلك الحالات يوصلنا إلى نتائج خاطئة لا تتفق مع الطبيعة .

وهناك مجال آخر لا يصح فيه تطبيق توزيع ماكسويل-بولتزمان . ذلك عندما يكون طول موجة الإشعاع الحراري للغاز مقاربا لمتوسط المسافات بين الجزيئات .في هذه الحالة فلن تستطيع النظرية تعيين تأثيرات نظرية الكم . وكذلك لا يأخذ هذا التوزيع في الاعتبار تأثيرات النظرية النسبية التي لا تسمح بأن يكون للجزيء سرعة أعلى من سرعة الضوء . فكانت دراسة وصياغة هذا التوزيع في النصف الثاني من القرن التاسع عشر ،أي نحو 60 عاما قبل ظهور نظرية الكم والنظرية الذرية .

En otros idiomas