Số bậc tự do của khí nito?

Tự do có nghĩa là không bị hạn chế khi tịnh tiến hoặc quay. Trong không gian 3D có 3 chiều tịnh tiến độc lập mà ta đã biết như là hệ trục toạ độ Oxyz. Đi kèm là 3 chuyển động quay trên 3 trục 0x, 0y, 0z.

Bản chất thì tất cả mọi vật đều có 6 bậc tự do.

Tuy nhiên, đối với chất khí, một số chuyển động quay quanh trục không tạo ra nhiều khác biệt về động năng. Quan điểm bậc tự do trong khí động học xét đến khả năng tạo ra động lượng của mỗi phần tử để tạo ra nội năng của hệ. Nói cách khác bậc tự do của một chất khí là chuyển động có thể tạo ra động năng chứ không phải là không thể "tự do" di chuyển trong không gian. Mỗi chuyển động tạo ra động năng tương ứng với 1 bậc tự do.

Bổ sung một chút, động năng quay của một vật phụ thuộc vào khoảng cách và cách sắp xếp các phần tử (có khối lượng) trong vật thể. Các phần tử càng ở xa trục thì càng tạo ra momen lớn thì động năng càng cao.

Vì vậy, với khí có 1 nguyên tử. Khi tịnh tiến nó có tạo ra động năng. Còn khi quay thì rất ít. Động năng quay của chất điểm là không đáng kể. Vì vậy khí 1 nguyên tử có 3 bậc tự do. Lưu ý là hình vẽ chỉ mang tính minh hoạ, thực tế một nguyên tử không có sự phân bổ khối lượng đủ lớn. Nó chỉ là chất điểm nên khi quay không tạo ra mômen (cánh tay đòn ~0), vì vậy không có động năng quay hoặc vô cùng nhỏ.

Với khí có 2 nguyên tử, nó cũng có 3 chuyển động tịnh tiến. Tuy nhiên, khi quay quanh trục đi qua tâm của 2 nguyên tử, nó không tạo ra động năng quay (tương tự như trên). Và vì thế số bậc tự do của nó là 5.

Với khí có 3 nguyên tử trơ lên, nó có bậc tự do đầy đủ và tối đa: 6 bậc tự do.