分子自由度

分子自由度是物體運動方程中可以寫成的獨立坐標數，單原子分子有3個自由度，雙原子，三原子不考慮振動相當於剛體，分別有5個（3平2轉）、6個自由度（3平3轉），考慮振動後，雙原子加1個，非線性加3個，線性加四個。

基本介紹

• 中文名：分子自由度
• 單原子分子：氦He、氖Ne
• 雙原子分子：氧 、氮 、一氧化碳CO
• 解釋：可以寫成的獨立坐標數

分子自由度

（1）單原子分子：如氦He、氖Ne、氬Ar等分子只有一個原子，可看成自由質點，所以有3個平動自由度 i = t = 3。

（2）剛性雙原子分子如氫 、氧 、氮 、一氧化碳CO等分子，兩個原子間聯線距離保持不變。就像兩個質點之間由一根質量不計的剛性細桿相連著（如同啞鈴），確定其質心O’的空間位置，需3個獨立坐標（x，y，z）；確定質點聯線的空間方位，需兩個獨立坐標（如α，β），而兩質點繞聯線的的轉動沒有意義。所以剛性雙原子分子既有3個平動自由度，又有2個轉動自由度，總共有5個自由度 i = t + r =3 + 2 = 5。

（3）剛性三原子或多原子分子: 如H2O 、氨 等，只要各原子不是直線排列的（故CO2的自由度為5，其為直線型），就可以看成自由剛體，共有6個自由度，i = t + r = 3 + 3 = 6。

(4)　對於非剛性分子，由於在原子之間相互作用力的支配下，分子內部還有原子的振動，因此還應考慮振動自由度（以S 表示）。如非剛性雙原子分子，好像兩原子之間有一質量不計的細彈簧相連線，則振動自由度 S = 1。一般在常溫下，氣體分子都近似看成是剛性分子，振動自由度可以不考慮。

約束下的自由度

力學系統由一組坐標來描述。比如一個質點的三維空間中的運動，在笛卡爾坐標系中，由x，y，z三個坐標來描述；或者在球坐標系中，由r，θ，φ三個坐標描述。描述系統的坐標可以自由的選取，但獨立坐標的個數總是一定的，即系統的自由度。一般的，N個質點組成的力學系統由3N個坐標來描述。但力學系統中常常存在著各種約束，使得這3N個坐標並不都是獨立的。對於N個質點組成的力學系統，若存在m個約束，則系統的自由度為S = 3N − m