曹小鸽 杨 杨

(西安交通大学城市学院 陕西 西安 710018)

二氧化碳的自由度和热容*

曹小鸽 杨 杨

(西安交通大学城市学院 陕西 西安 710018)

讨论了二氧化碳的自由度和热容问题.指出二氧化碳分子虽然由3个原子组成，但由于是直线型结构，所以只有2个转动自由度，单纯按原子数对分子分类从而确定其自由度的方法是有局限性的.计算了二氧化碳气体的摩尔定体热容随温度的变化，并和实验数据作了比较，指出振动对热容的贡献，即使在常温下也不可忽略不计.

二氧化碳 自由度 热容 振动

1 引言

《大学物理》教科书在讲述理想气体的内能等问题时，一般是把气体分子分为单原子分子、双原子分子和多原子分子(原子数≥3)3类，而且主要讨论刚性分子[1,2].单原子分子只有3个平动自由度；双原子分子有3个平动自由度和2个转动自由度，共5个自由度，因为这种分子是直线型结构，描述其转动状态时只需用2个坐标确定其轴线方向即可；多原子分子则有3个平动自由度和3个转动自由度，共6个自由度.确定了气体分子的自由度，根据能量均分定理，即可求出分子的平均能量

并进而求出1 mol理想气体的内能

以及摩尔定体热容

摩尔定压热容

和比热容比

等物理量.这些物理量都是和气体分子的自由度i紧密相关的.

但是，上述分类对于二氧化碳(CO2)这种直线型分子却容易引起混乱.二氧化碳分子由3个原子组成，这3个原子是共线的，碳原子在中央，两个氧原子对称地分居两侧.按照上述分类，从原子数的角度来看，它属于多原子分子，应该有6个自由度；……