分子的平均总动能可以通过以下公式计算:
\[ E_{\text{total}} = E_{\text{translational}} + E_{\text{rotational}} + E_{\text{vibrational}} \]
其中:
\( E_{\text{translational}} \) 是分子的平均平移动能,计算公式为 \( \frac{3}{2}kT \),其中 \( k \) 是玻尔兹曼常数,\( T \) 是热力学温度。
\( E_{\text{rotational}} \) 是分子的平均转动动能,计算公式为 \( \frac{nKT}{2} \),其中 \( n \) 是分子的转动自由度。对于单原子分子,\( n = 0 \);对于双原子分子,\( n = 2 \);对于三原子乃至多原子分子,\( n = 3 \)。
\( E_{\text{vibrational}} \) 是分子的平均振动动能,计算公式为 \( \frac{n\hbar^2\omega^2}{2} \),其中 \( \omega \) 是振动频率,\( n \) 是振动自由度。
因此,一个分子的平均总动能可以表示为:
\[ E_{\text{total}} = \frac{3}{2}kT + \frac{nKT}{2} + \frac{n\hbar^2\omega^2}{2} \]
这个公式适用于理想气体分子,其中分子之间没有相互作用力,也没有考虑到分子的内部自由度。对于实际分子,还需要考虑分子间的相互作用和分子内部自由度的影响。