Maxwellin–Boltzmannin jakauma on todennäköisyysjakauma, jota käytetään kuvaamaan fysiikan ja kemian tilastollisia ilmiöitä. Esimerkiksi ilman molekyylien nopeusjakauma noudattaa Maxwellin–Boltzmannin jakaumaa. Jakauma voidaan johtaa tilastollisesta mekaniikasta ja sen avulla voidaan selittää kaasujen ominaisuuksia kuten paine.

Yleinen Maxwellin jakauma

Maxwellin jakauma (tai Maxwellin–Boltzmannin jakauma) on muotoa

missä

π on vakio pii on Neperin luku on vakio, joka on suurempi kuin 0 on esimerkiksi hiukkasten nopeus

Kumulatiivinen Maxwellin jakauma saadaan

missä on virhefunktio.

Maxwellin–Boltzmannin nopeusjakauma kaasulle

thumb|right|Maxwell-Boltzmannin jakauma

Kaasun molekyylien liike noudattaa Maxwellin–Boltzmannin nopeusjakaumaa

eli

tai

missä

on nopeudella liikkuvien kaasumolekyylien osuus, esimerkiksi puolet on 0,5 on keskimääräinen molekyylimassa kilogrammoina on Boltzmannin vakio 1,3806503·10-23 JK-1 on lämpötila Kelvineinä on kaasumolekyylin vauhti on yhden kaasumoolin massa, mikä on molekyylimassa kertaa Avogadron vakio on yleinen kaasuvakio eli Boltzmannin vakio kerrottuna Avogadron vakiolla

Tyypillisiä kaasuosasten nopeuksia

Yleisin kaasuosasen nopeus lasketaan kaavasta

missä

Boltzmannin vakio lämpötila molekyylimassa yleinen kaasuvakio eli Boltzmannin vakio kerrottuna Avogadron vakiolla yhden kaasumoolin massa, mikä on molekyylimassa kertaa Avogadron vakio

Se on pienempi kuin kaasuosasten keskinopeus

Kvanttiteoreettiset jakaumat

Kvanttiteoria on osoittanut, ettei Maxwellin–Boltzmannin jakauma sellaisenaan päde millekään alkeishiukkaselle. Sen sijaan niihin on sovellettava joko Bosen–Einsteinin tai Fermin–Diracin statistista jakaumalakia riippuen siitä, ovatko hiukkaset bosoneja vai fermioneja. Silloin kun hiukkasilla on mahdollisia energiatiloja niin paljon, ettei kvantittumista tarvitse ottaa huomioon, energiatilojen miehitys vastaa Boltzmannin jakaumaa. Nopeusjakauma, eli Maxwellin-Boltzmannin jakauma, puolestaan voidaan johtaa energiajakaumasta.

Katso myös Ideaalikaasu Normaalijakauma

Lähteet

Aiheesta muualla

Maxwellin jakauma MathWorld

Luokka:Kaasulait Luokka:Statistinen mekaniikka Luokka:Todennäköisyysjakaumat