¿Cómo podemos saber si una molécula está en equilibrio termodinámico a partir de los datos de dispersión?

Tenemos una molécula que emite/absorbe fotones. Conocemos el hamiltoniano y que hay varios niveles. Contamos los fotones emitidos en diferentes ángulos y frecuencias. También podemos hacer dispersión con un haz de fotones. A partir de los datos de absorción, ¿podemos determinar si el sistema ocupa cada nivel de energía con una distribución de probabilidad térmica? Es decir, quiero decir que un estado propio de energía i con energia mi i está ocupada con probabilidad proporcional a mi − β mi i . ¿Cómo hacemos esto experimentalmente?

Como un ejemplo simple, ¿cómo podemos saber si un átomo de hidrógeno está en un estado térmico? ¿Podemos generalizar esto a moléculas más grandes?

Visto ingenuamente, diría que tan pronto como probamos el sistema con fotones que tienen una estadística diferente a la radiación del cuerpo negro a la temperatura del ambiente, el sistema deja de estar en equilibrio. Sin embargo, la radiación térmica en sí misma debería llevar el sistema al equilibrio, si esperamos "lo suficiente".
Tengo una historia (más o menos de tercera mano) sobre personas que asumen el equilibrio y luego descubren que no es así. Su sistema exhibió un ensanchamiento Doppler anisotrópico, que es una forma de descartar el equilibrio.
¿ Qué significa "el átomo de hidrógeno está en un estado térmico" ? Los átomos no suelen considerarse sistemas termodinámicos.

Respuestas (2)

Interesante pregunta. Habría pensado que si conocía el número exacto de estados de energía y las poblaciones de los mismos, podría aplicar las estadísticas de Boltzmann a cada uno de los niveles para ajustar una temperatura adecuada a la población en cada estado. Esta temperatura, si es comparable entre los niveles incluidos, requeriría por lo tanto que el sistema esté en equilibrio termodinámico. La temperatura que define las poblaciones de los estados de esta manera se llama temperatura de excitación.

puedes ser un poco mas especifico? ¿Cómo esperarías exactamente que fuera el espectro? ¿Hay que tener en cuenta las tasas de transición?

La única temperatura que tendría sentido en su pregunta es la temperatura de la distribución térmica de los fotones (si el gas de fotones está termalizado). Así que supongamos que tenemos un gas de fotones en equilibrio. Su potencial químico es m = 0 porque los fotones no tienen estado fundamental.

Consideremos ahora el átomo. Una de las características de un átomo es que los niveles de energía son discretos y la brecha de energía entre dos niveles es finita. Por ejemplo, en un oscilador armónico, la brecha es igual a ℏ ω . Para emitir o absorber un fotón, el átomo cambia su energía por una cantidad de energía distinta de cero. Por lo tanto, el átomo actúa como un sistema con potencial químico finito .

Dado que los potenciales químicos del átomo y del gas fotónico no pueden ser iguales, el equilibrio entre ellos no es posible.

¿Cómo podemos saber si una molécula está en equilibrio termodinámico a partir de los datos de dispersión?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v