Ta xét 1 mol khí lưỡng nguyên tử. Năng lượng E của khí lí tưởng lưỡng nguyên tử gồm năng lượng Ett của chuyển động tịnh tiến của khối tâm, năng lượng Eq của chuyển động quay quanh hai trục vuông góc với trục nối hai nguyên tử, năng lượng Ed của động điều hòa. Về phần đóng góp của lớp vỏ electron quanh hạt nhân, ta nhớ lại rằng các giá trị của năng lượng kích thích lớp vỏ này có độ lớn vài eV, tức là tương ứng với nhiệt độ vài chục ngàn độ
Kelvin: 1eV T 12.000K.
Vậy, chỉ với nhiệt độ rất cao các lớp vỏ electron quanh hạt nhân mới có ảnh hưởng đến việc tính nhiệt dung của chất khí.
Tuy nhiên, cũng cần biết rằng có những ngoại lệ cho nhận xét trên, nhất là trường hợp ta phải tính đến cấu trúc tinh tế của mức năng lượng cơ bản: do
liên kết giữa momen động lượng quĩ đạo L và spin S, mức năng lượng này
tách ra thành từng mức dưới mà khoảng cách giữa hai mức chỉ bằng vài phần trăm eV, tức là tương ứng với nhiệt độ đặc trưng khoảng vài trăm độ. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, ta có thể xem như mức năng lượng cơ bản là
suy biến bậc (2L+1)(2S+1) và không cần tính đến ảnh hưởng của lớp vỏ
electron nữa (ta nói rằng các bậc tự do electron bị “đóng băng”).
Tóm lại, ở nhiệt độ nhỏ hơn nhiều đối với vài chục ngàn độ Kelvin, ta chỉ cần xét đến ảnh hưởng của chuyển động tịnh tiến, chuyển động dao động, và chuyển động quay:
E = Ett + Eq + Ed . (3.1) Nhiệt dung của một hệ như vậy cũng sẽ bao gồm một loạt các thành phần tương ứng với các dạng năng lượng: