Определить среднюю кинетическую энергию вращательного движения одной молекулы двухатомного газа, если суммарная кинетическая энергия молекул одного киломоля этого газа равна 3,01 МДж.

Решение через статистическую физику.

У двухатомного идеального газа (без учета колебаний) число степеней свободы $f=5$: 3 поступательных + 2 вращательных. Тогда:

• полная средняя кинетическая энергия одной молекулы
  $\displaystyle \langle E_{\text{кин}}\rangle=\frac{f}{2}kT=\frac{5}{2}kT$;

• средняя вращательная энергия одной молекулы
  $\displaystyle \langle E_{\text{вр}}\rangle=\frac{2}{2}kT=kT$.

По условию суммарная кинетическая энергия молекул $1$ кмоля газа

Отсюда находим температуру:

Тогда средняя вращательная энергия одной молекулы:

Ответ: $\boxed{\langle E_{\text{вр}}\rangle \approx 2{,}0\times10^{-21}\ \text{Дж}}$.