エネルギー等配分の法則
この場合、二原子分子の持つエネルギーは、
ε = 1 2 m ( p x 2 + p y 2 + p z 2 ) + 1 2 I ( p θ 2 + 1 sin 2  θ p φ 2 ) {\displaystyle \epsilon ={1 \over {2m}}(p_{x}^{2}+p_{y}^{2}+p_{z}^{2})+{\frac {1}{2I}}\left(p_{\theta }^{2}+{\frac {1}{\sin ^{2}\theta }}p_{\phi }^{2}\right)}
となる。上式の最初の括弧部分は、単原子分子の場合と同じ自由度によるエネルギーで、二番目の括弧が、二原子分子の回転に関しての自由度(θとφの2つ存在)からのエネルギーである。θとφは、二原子分子を一つの軸(剛体の棒)とみなした時の回転に関しての角度成分(自由度)である。m は二原子分子の質量、I は二原子分子の重心を通り、二原子分子の軸に対して垂直な軸の周りの回転に関しての慣性モーメントである。
この場合、自由度は合計五つとなるので、
⟨ ε ⟩ = 5 2 k B T {\displaystyle \langle \epsilon \rangle ={\frac {5}{2}}k_{B}T}
となる。