大学物理笔记：能量均分定理、理想气体内能

Question

如题所述

Answer 1

单原子气体分子只有平动，多原子气体分子则具有平动、转动与振动三种运动形式。以n个原子组成的分子为例，其总自由度为3n。分子的运动可分为三部分：平动、转动和振动。平动是分子质心在空间位置的变动，转动是分子空间取向的变化，振动是在质心和空间取向不变的情况下，分子原子相对位置的变动。

刚性分子可以发生平动和转动，其中刚性线性分子和平动自由度为3，转动自由度为2；刚性非线性分子则为3。非刚性线性分子振动自由度为3n-6，刚性线性分子为3n-5。通过温度公式，可以得知单原子气体的平均平动动能为某个公式，从而推导出能量均分定理。能量均分定理指出，气体分子每个自由度的平均能量等于某个公式。这是一条统计规律，基于大量分子的平均值。

理想气体的内能包括分子的动能和分子间相互作用的势能。在理想气体中，忽略分子间的相互作用，内能即为所有分子动能之和。单原子分子气体的内能为某个公式，刚性双原子分子气体内能为另一个公式，而刚性多原子分子气体的内能则为第三个公式。

对摩尔数固定的理想气体而言，其内能变化只与系统温度改变量相关，而不取决于具体过程。