Закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності молекул

Числом ступенів вільності тіла називається

– найменше число незалежних координат, які необхідно задати, щоб повністю визначити положення тіла у просторі, або

– кількість незалежних рухів, які може виконувати тіло.

Наприклад, матеріальна точка, що довільно рухається у просторі, має три поступальні ступені вільності (x, y, z). Тверде тіло має шість ступенів вільності, оскільки, воно має три поступальні ступені вільності (x, y, z) й три обертальні – навколо осей (Оx, О y, О z).

Молекули одноатомного газу можна розглядати як матеріальні точки. Така молекула має три ступені вільності поступального руху (табл. 2.1). Модель
двохатомної молекули у першому наближенні – це два жорстко зв’язаних атоми, що розташовані на деякій відстані один від одного. Вона має три ступені вільності поступального руху і дві ступені вільності обертального руху (навколо двох осей Oy і Oz, табл. 2.1). Трьохатомна і багатоатомна молекула має 6 ступенів вільності – 3 поступальних і 3 обертальних.

Якщо розглядати реальні молекули, то необхідно враховувати ще ступені вільності коливального руху.

Молекула	одноатомна	двоатомна	багатоатомна
Модель молекули Число ступенів вільності
поступальних
обертальних	-
усього

За допомогою статистичного методу Больцман вивів закон рівномірного розподілу енергії за ступенями вільності молекул: у стані термодинамічної рівноваги на кожний поступальний і обертальний ступінь вільності молекули у середньому припадає кінетична енергія, що дорівнює < e ₁> = . Таким чином середня кінетична енергія молекули визначається за формулою: ,де і – число ступенів вільності молекули, і = і_пост + і_оберт.