Флуктуація (фізика)

Флуктуа́ція або флюктуа́ція — випадкове відхилення значення фізичної величини від середнього в певній ділянці простору чи в певний момент часу.

Величини флуктуацій у фізиці зазвичай описуються середньо-квадратичним відхиленням. Позначивши середнє значення величини через ${\displaystyle <x>}$, а флуктуацію через ${\displaystyle \Delta x}$:

${\displaystyle \Delta x=x-<x>}$

Однак, середнє арифметичне цієї величини дорівнює нулю:

${\displaystyle <\Delta x>=<(x-<x>)>=<x>-<x>=0}$

[1]Тому в якості характеристики флуктуацій беруть середню квадратичну флуктуацію ${\displaystyle {\sqrt {<(\Delta x)^{2}>}}}$.

У статистичній фізиці доводиться, що відносна флуктуація адитивної величини (тобто такої, значення якої для тіла дорівнює сумі значень для окремих його частин) обернено пропорційна кореню квадратному з числа ${\displaystyle N}$ молекул, що утворюють тіло:

${\displaystyle {{\sqrt {<(\Delta x)^{2}>}} \over <x>}\propto {1 \over {\sqrt {N}}}}$

Флуктуації відіграють велику роль у різних фізичних процесах[2] Характерним прикладом фізичного явища, в якому визначальними є флуктуації його характеристик є Броунівський рух. Він зумовлений флуктуаціями тиску, що діють на частинки розмірів порядку броунівських. Саме флуктуаціями величини тиску зумовлено також і таке явище як акустичний шум.

Для екстенсивної фізичної величини, тобто величини, значення якої збільшується з розмірами тіла чи числа частинок в ньому, величина флуктуацій у стані термодинамічної рівноваги пропорційна кореню квадратному з числа частинок. Відносна величина флуктуації обернено пропорційна кореню з числа частинок. З огляду на це відносні флуктуації екстенсивних термодинамічних величин для макроскопічних тіл дуже малі.

Примітки

1. И.В. Савельев "Курс общей физики" т.1 -Москва, "Наука", 1987 с. 330
2. Мак-Дональд Д. Введение в физику шумов и флуктуаций.—Москва, «Мир»,1964.—159 с.

Див. також

• Флуктуативно-дисипативна теорема
• Акустичний шум

Посилання

• Флуктуація // Універсальний словник-енциклопедія. — 4-те вид. — К. : Тека, 2006.