「熱平衡状態にある物質には、1自由度あたり1/2kT のエネルギーが分配される」という法則である。k=1.380658×10−23J/Kで、ボルツマン定数と呼ばれる。 たとえば単原子分子の理想気体では分子一個あたりの持つエネルギーは3/2kTとなる(動く方向が3つある ので3倍される)。また2原子分子であれば、5/2kTとなる(単原子分子の場合に比べ、2方向に回転でき る)。もちろん1/2kTなどの値は平均値もしくは期待値である。実際の原子はいろんなエネルギーを持って いるが、その分布の平均がこの大きさになる。また固体分子の場合、一定点を中心に振動を行っていると考えることができるが、その振動の位置エネルギー(1/2kx2) に対しても同様に一つの自由度あたり1/2kTのエネルギーが分配され、全自由度は6となり、1分子あたり 3kTのエネルギーを持つ。
A君 | B君 | C君 | 場合の数 |
6 | 0 | 0 | 1 |
5 | 1 | 0 | 6 |
4 | 2 | 0 | 15 |
4 | 1 | 1 | 30 |
3 | 3 | 0 | 20 |
3 | 2 | 1 | 60 |
2 | 2 | 2 | 90 |
腹の数 | 波長 | 波数 | 振動の様子 |
n=1 | 2L | [π/L] | ![]() |
n=2 | L | [2π/L] | ![]() |
n=3 | [2L/3] | [3π/L] | ![]() |
n=4 | L/2 | [4π/L] | ![]() |
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(2.1) |
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(2.2) |
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(2.3) |
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(2.4) |
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(2.5) |
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水素 | 窒素 | アルゴン | ヘリウム | 水蒸気 | ベンゼン | |
1グラムあたりの定積比熱(J/gK) | 10.23 | 0.740 | 0.313 | 3.152 | 1.542 | 1.250 |
分子量(g/mol) | 2 | 28 | 40 | 4 | 18 | 78 |
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(2.12) |
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(2.13) |
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(2.14) |
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(2.15) |