2.1. ДВИЖЕНИЕ МОЛЕКУЛ

Любой газ представляет собой набор частиц (молекул), кото­рые в первом приближении взаимодействуют только через упругие столкно­вения — другими словами, через столкновения, при которых сохраняется как энергия, так и количество движения. Если молекулы представить в качестве безразмерных, т. е. точечных объектов, то их тепловая энергия определяется энергией поступательного движения в трех направлениях, поскольку каждая такая молекула имеет только три степени свободы. Однако даже простые од­ноатомные молекулы, например, такие как гелий, имеют конечный размер, поэтому у них возникает дополнительная степень свободы, связанная с вра­щательным движением. Многоатомные молекулы, кроме того, могут испы­тывать колебательные движения, что также приводит к возникновению до­полнительных степеней свободы.

В некоторый момент времени одни молекулы имеют большую кинетическую энергию, другие маленькую. Однако усредненная за достаточно большой период времени средняя кинетическая энергия для каждой молекулы имеет одно и то же значение <И/то1>. Это интуитивное заключение называется принципом равного распределения энергии по степеням свободы. Не столь очевидно утверждение, что указанный принцип справедлив для ансамбля молекул, имеющих различ­ную массу, поскольку более тяжелые молекулы будут иметь среднюю скорость меньшую, чем более легкие. Тем не менее средняя энергия разных молекул будет одинаковой. Согласно этому принципу, энергия, приходящаяся на различные степени свободы, одинакова. Мгновенные значения скорости имеют максвел­ловское распределение (см. § 2.18).