沃爾泰拉積分方程

[拼音]:nengliang junfen dingli

[英文]:energy equipatirtion theorem

經典物理學中的一個重要定理。它說明在溫度為 T的平衡態中,物質分子的每一個運動自由度都具有相同的平均動能

。用它可以確定物質內能和熱容等。

1845年,J.J.沃特斯頓提出,混合氣體中分子速度二次方的平均值與分子的質量成正比。1860年,J.C.麥克斯韋在只考慮分子平動自由度的情況下提出能量均分的說法。1868年,L.玻耳茲曼將這一說法推廣到包括分子內部其他自由度的情況。

能量均分定理,本質上是關於熱運動動能的統計規律,是對大量分子統計平均所得的結果。根據統計力學的正則系綜理論,可以得到勢能和動能一樣都按自由度均分的結果。在經典力學中,分子的能量可寫成各自由度中廣義動量、廣義座標的二次方項之和的形式,因此能量均分定理又可表述為:在能量的這種表示中,每一個二次方項的統計平均值等於

。舉例來說,如果氣體分子有t個平動自由度,r個轉動自由度,s個振動自由度,則分子的平均振動動能和平均振動勢能各為

,平均轉動能為

,平均平動能為

。分子的平均總能量為

對於單原子分子

對於氣體分子,能量按自由度均分是靠分子間無規則碰撞實現的。外界供給氣體的能量,通過器壁與氣體分子以及氣體分子之間的碰撞分配到各自由度上。對於凝聚態物質(液體、固體),能量按自由度均分則是通過分子間很強的相互作用實現的。