Velocidad térmica

La velocidad térmica es una velocidad típica del movimiento térmico de las partículas que forman un gas, líquido, etc. Así, indirectamente, la velocidad térmica es una medida de la temperatura. Técnicamente hablando, es una medida del ancho del pico en la distribución de velocidad de partículas de Maxwell-Boltzmann. Hay que tener en cuenta que, en el sentido más estricto, la velocidad térmica no es una velocidad, ya que la velocidad generalmente describe un vector en lugar de simplemente una velocidad escalar.

Dado que la velocidad térmica es solo una velocidad "típica", se pueden usar y se usan varias definiciones diferentes.

Tomando $k_{B}$para ser la constante de Boltzmann, $T$ es la temperatura, y $m$ es la masa de una partícula, entonces podemos escribir las diferentes velocidades térmicas:

En una dimensión

Si $v_{th}$ se define como la raíz cuadrada media de la velocidad en cualquier dimensión (es decir, en cualquier dirección única), luego

$v_{th}={\sqrt {\frac {k_{B}T}{m}}}$.

Si $v_{th}$se define como la media de la magnitud de la velocidad en cualquier dimensión (es decir, en cualquier dirección única), luego

$v_{th}={\sqrt {\frac {2k_{B}T}{\pi m}}}$.

En tres dimensiones

Si $v_{th}$se define como la velocidad más probable, entonces

$v_{th}={\sqrt {\frac {2k_{B}T}{m}}}$.

Si $v_{th}$ se define como la raíz cuadrada media de la velocidad total (en tres dimensiones), luego

$v_{th}={\sqrt {\frac {3k_{B}T}{m}}}$.

Si $v_{th}$se define como la media de la magnitud de la velocidad de los átomos o moléculas, entonces

$v_{th}={\sqrt {\frac {8k_{B}T}{m\pi }}}$.

Por todas estas definiciones $v_{th}$cae en el rango de

$v_{th}=(1.6\pm 0.2){\sqrt {\frac {k_{B}T}{m}}}$.

Velocidad térmica a temperatura ambiente

A los 20 °C (293.15 Kelvin), la velocidad térmica media de los gases comunes es:​

Gas	Velocidad térmica
Hidrógeno	1754 metros por segundo (5754,6 pies/s)
Helio	1245 metros por segundo (4084,6 pies/s)
Vapor de agua	585 metros por segundo (1919,3 pies/s)
Nitrógeno	470 metros por segundo (1542,0 pies/s)
Aire	464 metros por segundo (1522,3 pies/s)
Argón	394 metros por segundo (1292,7 pies/s)
Dióxido de carbono	375 metros por segundo (1230,3 pies/s)

Referencias

• Datos: Q4455262