Frihetsgrad
Wikipedia
I fysik och kemi är en frihetsgrad ett oberoende läge (eller koordinat) i vilket en partikel eller ett system kan ha kinetisk energi. För en idealisk punktformig partikel finns tre sådana lägen, en för varje rumsdimension den kan röra sig i. Den typen av frihetsgrader kallas translationsfrihetsgrader. Flera partiklar som är sammanbundna kan dessutom rotera i två lägen samt vibrera i förhållande till varandra. För en molekyl med två partiklar, exempelvis en vätgasmolekyl, finns sex frihetgrader: Tre translationsfrihetgrader, två rotationsfrihetsgrader och en vibrationsfrihetsgrad. Med fler än två partiklar får molekylen två vibrationsfrihetsgrader. Det största antalet frihetsgrader för en molekyl är således sju.
I termodynamikens ekvipartitionsprincip gäller att varje frihetsgrad bidrar till en molekyls energi med kT/2, d.v.s. halva temperaturen multiplicerad med Boltzmanns konstant. I kvantmekaniken säger Heisenbergs osäkerhetsrelation att energin i en frihetsgrad aldrig kan vara noll, utan som minst måste vara lika med nollpunktsenergin.
Vissa fysikaliska fenomen varierar beroende på systemets frihetsgrader, till exempel specifika värmekapaciteten för ett material. När temperaturen sjunker, går värmekapaciteten mot noll, d.v.s. att atomerna fryses och ligger stilla i ett gitter (bortsett från kvanteffekterna). Då är det ofta materialets magnetiska egenskaper (frihetsgrader från spinn) som bidrar till värmekapaciteten och man kan bortse från vibrationella frihetsgrader. Frihetsgrader som inte inverkar kallas frysta frihetsgrader.
