Prev :Distribusi/Statistik Maxwell-Boltzmann (Energi Kinetik Rata-rata/Partikel Monoatomik)
Sebelumnya, kita telah mempelajari energi kinetik dari partikel monoatomik. Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, dari ketiga gerakan yang mungkin terjadi pada partikel, partikel monoatomik hanya memiliki satu gerakan, yakni gerakan translasi. Oleh karena itu, energi kinetik rata-rata dari partikel monoatomik hanya berasal dari gerak translasi tersebut.
Selain itu, kita juga memperhitungkan dimensi partikel tersebut, mengingat bahwa partikel dapat saja bergerak dalam koordinat x, y, z, atau variasinya, sehingga gerak translasi dalam ketiga koordinat tersebut juga diperhitungkan. Perlu dicatat bahwa hubungan
(1)
menandakan bahwa energi kinetik rata-rata partikel merupakan jumlah dari energi kinetik rata-rata tersebut pada sumbu x, y, dan z.
Dalam artikel ini, kita akan membahas salah satu istilah dalam mekanika statistik, yaitu derajat kebebasan. Untuk memahami istilah ini, kita dapat menggunakan diri kita sebagai permisalan. Seperti yang telah kita ketahui, kita tentunya dapat bergerak sesuai dengan apa yang kita inginkan. Kita dapat bergerak lurus ke depan, ke samping, atau berputar seperi halnya penari balet. Ini dapat dikatakan bahwa kita memiliki setidaknya tiga derajat kebebasan, atau tiga pilihan gerakan yang dapat kita lakukan (perlu dicatat bahwa kita mengabaikan gerak melompat, mengingat bahwa gerakan tersebut dibatasi oleh gaya gravitasi). Namun, secara umum derajat kebebasan dapat dikatakan sebagai banyaknya variabel yang dapat berubah namun tidak dipengaruhi oleh variabel lainnya. Istilah ini umumnya identik dengan dimensi, namun memiliki makna yang lebih luas. Kita akan mengetahui ini lebih lanjut nanti.
Seperti halnya manusia, partikel juga memiliki beberapa derajat kebebasan. Apabila kita tinjau suatu partikel atau gas monoatomik yang hanya memiliki gerak translasi, kita mengetahui bahwa partikel tersebut dapat bergerak ke arah sumbu x, y, atau z. Oleh karena itu, terdapat tiga derajat kebebasan untuk gerak translasi, sehingga komponen kecepatan dalam ungkapan energi kinetik dipecah menjadi tiga ungkapan untuk masing-masing ketiga sumbu tersebut.
Selain itu, perhatikan bahwa energi kinetik pada sumbu x, y, dan z menyumbangkan energi kinetik rata-rata yang sama, yakni
Dari sini dapat dikatakan bahwa setiap derajat kebebasan menyumbangkan energi kinetik rata-rata sebesar kBT/2. Ini disebut sebagai teorema ekipartisi energi, yang dapat kita gunakan untuk menghitung energi kinetik rata-rata untuk gerakan lain, yaitu gerak rotasi dan vibrasi. Kita akan membahas teorema ini lebih lanjut di artikel selanjutnya, ketika kita membahas energi kinetik rata-rata untuk partikel diatomik yang dapat melakukan kedua gerakan tersebut.
Science and Games 