¿Puede una sola molécula tener una temperatura?

Question

Un programa del canal del tiempo decía que cuando una molécula de agua asciende en la atmósfera se enfría. ¿Tiene sentido hablar de la temperatura de una sola molécula?

Answer 1

Humildemente estoy en desacuerdo con la mayoría de las otras respuestas aquí. Puede ser muy útil y tener mucho sentido hablar de la temperatura de una sola partícula. Sólo hay que darse cuenta de que no es lo mismo (aunque se acerca bastante) que la temperatura definida por los físicos en los estudios típicos de mecánica estadística y física térmica.

Los físicos atómicos profesionales se refieren regularmente a la "temperatura" de átomos, iones y moléculas individuales. Véase, por ejemplo, la discusión en este artículo . Está claro que no es una temperatura en el mismo sentido que un gas de partículas tiene una temperatura, pero es un concepto muy útil. La temperatura se utiliza básicamente como una aproximación a la energía cinética media y a la distribución de energías que tiene una sola partícula en repetidas realizaciones de un experimento determinado. En muchos casos, la distribución se aproxima muy bien a una distribución térmica de Maxwell-Boltzmann, por lo que asignar a la partícula una temperatura asociada a esa distribución tiene mucho sentido.

Answer 2

Lo explicaré en simple....

Podemos medir los cambios de temperatura cuando un Fuente liberar energía o extraerla.

Sabemos que todo quiere alcanzar el equilibrio. Por lo tanto debe haber una igualdad de temperatura en todos los átomos o moléculas de un sistema.

La temperatura de un átomo será la misma que la de su entorno.

Pero un termómetro es una fuente de energía externa del entorno. Así que proporciona o extrae energía de la fuente.

Ahora considere un $Ideal$ condición

Considere un átomo colocado en el espacio y alejado de toda radiación del espacio y de cualquier átomo o cualquier otra fuerza gravitatoria o electromagnética.

Entonces la temperatura será $zero(Kelvin)$ ¡¡teóricamente y no se puede medir experimentalmente !!

Answer 3

Como se ha dicho en las otras respuestas, en el escenario concreto que se describe en tu pregunta, no tiene sentido hablar de la temperatura de una molécula. Pero no puedo evitar ampliar el panorama porque hay un caso muy interesante: ¿qué pasa con los grados de libertad internos de la molécula? Hasta ahora todo el mundo ha considerado sólo el movimiento de la molécula completa, porque ese era el contexto que implícitamente dabas, es justo.

¿Pero qué pasa con la vibración de los enlaces moleculares? ¿Las rotaciones de dos partes vecinas de la molécula en torno a un enlace? Esto no es tan trivial. En el caso de las moléculas pequeñas, el número de grados de libertad asociados es demasiado escaso como para hablar de temperatura. Pero no es así para una proteína grande. Son tantos que es posible un enfoque estadístico: se puede definir una entropía, en la forma habitual $\sum p\log p$ camino, donde $p$ es la probabilidad para una configuración determinada. Entonces, como siempre, si tenemos una entropía podemos minimizarla con la restricción de una energía total dada, y de ahí sale una temperatura.

Después de escribir esto, me di cuenta de que @Rococo y @JohnRennie habían escrito una respuesta en una línea similar mucho antes que la mía.