关于能量均分定理的讨论.PDFVIP

61 物理与工程 　Vol . 15 　No . 6 　2005 关于能量均分定理的讨论 徐劳立 (北京工业大学应用数理学院 ,北京 　100022) ( 收稿日期 摘 　要 　从教学角度比较了能量均分定理的不同表述. 关键词 　能量均分定理 ; 自由度 　　能量均分定理给出了经典热力学系统的宏观 2) 结构特殊的刚性多原子分子的自由度确 内能与微观粒子能量之间的便捷关系 ,也指出了 定会发生歧义. 例如, 二氧化碳是三原子分子, 似 一条间接观察思考热力学系统的微观图像的渠 乎其自由度数应当为 6 , 三个平动 自由度, 三个转 道. 对能量均分定理的阐述可见到多种形式. 动自由度; 但是由于该分子的三个原子沿着同一 条直线排列, 按照位置确定的独立坐标数的原则, 　普通物理热学的能量均分定理 其转动自由度又应当为 2 . 这些局限性在下面的统 计物理形式的能量均分定理中可避免. 　表述 ( ) 　统计物理学的能量均分定理 在热平衡状态下 ,物质 气体 ,液体和固体 分 子的每一个 自由度都具有相同的平均动能 ,在温 1 　表述 度 T 下其数值为 k T. 其中的自由度定义为 : 决 2 温度为 T 的经典近独立子系统, 在热平衡状 定一物体的位置所需的独立坐标数, 称为该物体 态下, 粒子能量表达式中的每一个正的平方项的 的自由度[ 1] . 1 平均值为 k T. 　讨论 2 此表述在物理图像上浅显直观, 考虑到一个 　讨论 ) 1 首先要写出粒子的能量表达式, 有时超出 ( ) 粒子在某一个方向上的运动受到限制 不 自由 , 普通物理的范围; 且字面上不像该定理的普通物 则它就不能接受该方向上其他粒子的碰撞冲量, 理表述具有定性直观的物理意义. 从而失去了在这个方向上吸收并存储粒子系统的 2) 如果将能量均分定理的上述两种表述对 热运动能量的能力. 在普通物理教材中常简称其