ما هو ثابت بولتزمان

على الرغم من أنهم مرتبكون في كثير من الأحيان ، درجة الحرارة والطاقة ليسا نفس المفهوم. درجة الحرارة ، أو بالأحرى الحرارة ، هي شكل من أشكال الطاقة. نظرًا لأن الطاقة ودرجة الحرارة ليسا متماثلين ، فمن أجل قياس درجة حرارة النظام بوحدات الطاقة ، أ ثابت فيزيائي: ثابت بولتزمان. لكن،ما هو ثابت بولتزمان? في هذا الدرس من المعلم ، سننظر في تعريف ثابت بولتزمان ، وكيف يرتبط بعمل بلانك ، وما يستخدم حاليًا في الفيزياء.

فهرس

1. نظرية بولتزمان الثابتة
2. ثابت بولتزمان ومعادلة الغاز المثالية
3. ثابت بولتزمان وانتروبيا
4. ثابت بولتزمان وإعادة تعريف كلفن (K).

ثابت بولتزمان هو القيمة المتعلقة بمتوسط ​​الطاقة الحركية لنظام أو جسم حراري جمع درجة حرارة مطلقة من نفس الشيء. بمعنى آخر: هذا الثابت هو أ عامل التحويل لتحويل درجة الحرارة (بالدرجات) إلى وحدات طاقة (الجول على سبيل المثال).

على الرغم من ربط بولتزمان لأول مرة بالانتروبيا والاحتمال في عام 1877 ، يبدو أن العلاقة لم يتم التعبير عنها أبدًا من خلال ثابت رقمي محدد. كانت ماكس بلانك من الذى أدخل القيمة k لأول مرة ، ومن قدم قيمة دقيقة ، على الرغم من أنها ليست القيمة المستخدمة حاليًا ، فهي قريبة جدًا منها.

ثابت بولتزمان يتوافق مع: 1380 6488 (13) × 10⁻²³ ي / ك. أي أنه لكل درجة كلفن يمتلكها النظام ، فهي تعادل تقريبًا 1380 6488 × 10⁻²³ جول من الطاقة.

على الرغم من أن القليل منهم يعرفون اسم Boltzmann ، فإن الثابت الذي يحمل اسمه اليوم لا غنى عنه في تطبيق قوانين الديناميكا الحرارية ، الميكانيكا الإحصائية ونظرية المعلومات. فيما يلي بعض التطبيقات التي يشارك فيها ثابت بولتزمان.

الصورة: Slideplayer

معادلة الغاز المثالية التي تسمح لنا تعرف على الاتجاه العالمي لسلوك معين للنظام الغازي.

معادلة الغاز المثالية هي: PV = nRT

في معادلة الغاز المثالية الموضحة أعلاه ، لدينا أ ثابت تجريبي (يتم تحديدها بالطرق التجريبية) ، والتي تسمى "ثابت الغاز "أو R.. يأتي هذا الثابت في الواقع من ضرب ثابت بولتزمان في عدد أفوجادرو (الذي يصف عدد الجسيمات في كل مول من المذاب).

ثابت بولتزمان وثابت الغاز متماثلان بشكل أساسي ، فقط الأخير يشير إلى مول واحد والآخر لا يشير إليه. يتم إجراء هذا التحول فقط لمراعاة الطاقة الناتجة عن كل جسيم داخل الغاز ، حيث أن الطاقة الناتجة عن مول واحد من الجسيمات لن تكون مماثلة لعشرة مولات من أنهم.

الصورة: Slideshare

ال غير قادر علي غالبًا ما يتم تعريفه على أنه درجة الاضطراب الجزيئي للنظام، لكن هذا التعريف ليس واضحًا جدًا في الممارسة البدنية.

يمكن تعريف الانتروبيا من وجهة نظر الميكانيكا الإحصائية أو من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، ولكن كلاهما ساري المفعول مقياس الاضطراب الداخلي من النظام. في الميكانيكا الإحصائية ، تخبرنا الإنتروبيا بعدد الحالات المجهرية المتوافقة مع الحالة بالنظر إلى المجهر بينما في الديناميكا الحرارية ، يتم قياس طاقة هذا الاضطراب بوحدات الطاقة / وحدات درجة الحرارة.

لربط كلا المفهومين ، وأن الانتروبيا متماسكة وفقًا للديناميكا الحرارية ووفقًا لميكانيكا الكم ، يتم إدخال ثابت بولتزمان في معادلة الانتروبيا الميكانيكية. هذا يسمح لنا بتقديم عامل التحويل هذا بين الطاقة ودرجة الحرارة و "المساواة في الوحدات" لتعريف الانتروبيا الديناميكية الحرارية.

الصورة: Slideplayer

فى السنوات الاخيرة تم العثور على تقنية جديدة لقياس ثابت بولتزمان ، مما سمح بتحديد قيمته بدقة أكبر.

تعتمد التقنية الجديدة على تطبيق مطيافية امتصاص الليزر. النظام سهل الفهم: يتم تمرير شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون عبر غرفة مليئة بالأمونيا الغازية. يتم حفظ هذه الحاوية في درجة حرارة عن طريق الاستحمام أثناء التجربة بأكملها.

يخضع تردد الامتصاص لجزيئات الغاز أ حركة دوبلر، مع زيادة الطاقة الحرارية لجزيئات الغاز ، والتي تتجلى في نصف عرض خط الامتصاص. إنه بالضبط نصف عرض خط الامتصاص المرتبط بثابت بولتزمان.

يعتقد أن هذه المنهجية أكثر دقة من الطريقة الصوتية ، تم استخدامه حتى ذلك الحين لتحديد ثابت بولتزمان ، والذي سيكون من الأهمية بمكان اعتباره طريقة لتحديد درجة كلفن.

ما هو كلفن (ك)

في أيامنا هذه ، يتم تعريف كلفن على أنه درجة الحرارة الديناميكية الحرارية للنقطة الثلاثية للمياه مضروبة في 1 / 273.16. ينطوي وضع هذا التعريف موضع التنفيذ على العديد من الصعوبات المنهجية ، على سبيل المثال: ضمان التركيب النظيري للمياه.

هذا هو السبب وراء اقتراح العديد من المؤلفين تغييرات في تعريف كلفن. إنهم يعتقدون أن ثابت بولتزمان يجب أن يكون ثابتًا ، ثم إعادة تعريف كلفن على أنه التغير في درجة الحرارة الديناميكية الحرارية الناتج عن تغير كمية معينة من الطاقة حراري. بهذه الطريقة ، سيكون من الممكن أيضًا ربط وحدة درجة الحرارة بثابت أساسي ، وهو أمر شائع جدًا في تعريفات جميع الكميات اليوم.

الصورة: Slideshare

إذا كنت ترغب في قراءة المزيد من المقالات المشابهة لـ ما هو ثابت بولتزمان، نوصيك بإدخال فئة الحرارة ودرجة الحرارة.

• باور ، و. 2011. فيزياء الهندسة والعلوم. المجلد 1. ماك جراو هيل.
• جيانكولي ، د. 2006. الفيزياء: مبادئ مع تطبيقات. السادس.. إد برنتيس هول.
• Zapata، F (s.f) ثابت بولتزمان: التاريخ ، المعادلات ، حساب التفاضل والتكامل ، التمارين. تعافى من: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• شبكة المقاييس الوطنية (7 سبتمبر 2007) تقنية جديدة لقياس ثابت بولتزمان. تعافى من: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• حكايات الكم (8 أكتوبر 2011) ثابت بولتزمان ودرجة الحرارة. تعافى من: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/