質問: (3/2)kb x t 自分の解釈では、 (1) 電界がかかっているデバイスなどでは、電子は一方向に進むため、こっちを使う。 (2) 自由気体などは三次元的に動くのでこっちを使う。 この解釈であってますか? ご助言よろしくお願いいたします。
回答: 熱エネルギーはkb x tで、熱運動エネルギーは(3/2)kb x tになります。 運動エネルギーはm v^2/2で、x, y, z方向のエネルギーの和になります。温度tでは、各方向にそれぞれkb t/2のエネルギーを持ち得まるので、熱運動のエネルギーは(2)の(1/2)mv^2 = (3/2) kb x tになります。 一方、熱エネルギーは、温度tのある状態のいわば利用できるエネルギーを指します。例えば、ある気体が容器に入っていて、そこから何らかの仕事を引き出そうとすると、気体分子は(3/2) kb tの運動エネルギーを持ちますが、その2/3のkb t分のエネルギーしか引き出し得ません。それは、気体分子の容器への衝突現象を考えると計算できますが、仕事は容器の側面が動くことでなされて、それには側面に垂直な方向の気体分子の運動は寄与しないことを考えると納得しやすいでしょう。 温度tの気体分子の運動エネルギーは(3/2) kb tですが、その気体が外に影響を及ぼし得るエネルギーはkb tで、これを熱エネルギーと言っているのです。 電子の平均運動エネルギー(熱運動エネルギー)と電子温度との関係は(1/2)mv^2 = (3/2)kb x t (2)になります。これは、貴方の言うどちらの場合にも当てはまります。