Hvad er BOLTZMANN-konstanten?

Selvom de ofte er forvirrede, temperatur og energi er ikke det samme koncept. Temperatur, eller rettere sagt varme, er en form for energi. Da energi og temperatur ikke er de samme, for at måle temperaturen i et system i enheder af energi, a fysisk konstant: Boltzmanns konstant. Men,hvad er Boltzmanns konstant? I denne lektion fra en LÆRER vil vi se på definitionen af ​​Boltzmanns konstant, hvordan den relaterer til Plancks arbejde, og hvad den i øjeblikket bruges til i fysik.

Indeks

1. Boltzmann konstant teori
2. Boltzmanns konstante og den ideelle gasligning
3. Boltzmanns konstante og entropi
4. Boltzmanns konstant og omdefinering af kelvin (K).

Boltzmanns konstant er værdi, der relaterer til den gennemsnitlige kinetiske energi af et termodynamisk system eller et objekt cmed absolut temperatur af det samme. Med andre ord: denne konstant er en Konverteringsfaktor at konvertere temperaturen (grader) til energienheder (f.eks. joule).

Selvom Boltzmann først forbandt entropi og sandsynlighed i 1877, blev forholdet tilsyneladende aldrig udtrykt gennem en specifik, numerisk konstant. Det var Max plank hvem indtastede værdien k for første gang og hvem tilbød en nøjagtig værdi, der, selv om det ikke er den, der i øjeblikket bruges, er tæt på den.

Boltzmanns konstant svarer til: 1.380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. Det vil sige, for hver kelvin-grad, som et system har, svarer det til cirka 1.380 6488 × 10⁻²³ joules energi.

Selvom kun få kender navnet på Boltzmann, er den konstant, der bærer hans navn, i dag uundværlig i anvendelse af termodynamikens love, statistisk mekanik og informationsteori. Nedenfor er nogle af de applikationer, hvor Boltzmann-konstanten er involveret.

Billede: Slideplayer

Den ideelle gasligning, som tillader os kender den globale tendens til en bestemt opførsel af et gasformigt system.

Den ideelle gasligning er: PV = nRT

I den ideelle gasligning, vist ovenfor, har vi en empirisk konstant (bestemt ved eksperimentelle metoder), der kaldes "gaskonstant "eller R. Denne konstant kommer faktisk fra at multiplicere Boltzmanns konstant med Avogadros nummer (som beskriver antallet af partikler i hver mol opløst stof).

Boltzmann-konstanten og gaskonstanten er i det væsentlige de samme, kun sidstnævnte henviser til den ene mol og den anden ikke. Denne transformation sker kun for at tage højde for den energi, der skabes af hver af partiklerne inden i gassen, da energien skabt af et mol partikler ikke vil være den samme som med ti mol de.

Billede: Slideshare

Det entropi er meget ofte defineret som graden af ​​molekylær lidelse i et system, men denne definition er ikke så klar i fysisk praksis.

Entropi kan defineres fra synspunktet for statistisk mekanik eller fra termodynamikens synspunkt, men begge er i kraft et mål for intern lidelse af et system. I statistisk mekanik fortæller entropi os antallet af mikroskopiske tilstande, der er kompatible med en tilstand givet makroskopisk, mens energi i denne lidelse i termodynamik måles i enheder af energi / enheder af temperatur.

At forbinde begge begreber, og at entropien er sammenhængende i henhold til termodynamik og i henhold til kvantemekanik, Boltzmann-konstanten introduceres i ligningen for mekanisk entropi. Dette giver os mulighed for at introducere denne konverteringsfaktor mellem energi og temperatur og "udligne i enheder" til definitionen af ​​termodynamisk entropi.

Billede: Slideplayer

I de seneste år en ny teknik er fundet at måle Boltzmanns konstant, hvilket gjorde det muligt at definere dens værdi mere præcist.

Den nye teknik er baseret på anvendelse af laserabsorptionsspektroskopi. Systemet er let at forstå: En kuldioxid-laserstråle ledes gennem et kammer fyldt med gasformig ammoniak. Denne beholder holdes ved temperatur ved hjælp af et bad under hele eksperimentet.

Absorptionsfrekvensen af ​​gasmolekylerne gennemgår a doppler-bevægelse, når gasmolekylernes termiske energi stiger, hvilket manifesteres i absorptionsledningens halvbredde. Det er netop absorptionslinjens halvbredde, der er relateret til Boltzmanns konstant.

Det antages, at denne metode er mere nøjagtig end den akustiske metode, der indtil da blev brugt til at definere Boltzmanns konstant, hvilket ville være meget vigtigt at tage det som en metode til at definere kelvin-graden.

Hvad er kelvin (k)

I vores dage er kelvin defineret som termodynamisk temperatur af vandets tredobbelte punkt ganget med 1 / 273,16. At sætte denne definition i praksis har flere metodiske vanskeligheder, for eksempel: at sikre den isotopiske sammensætning af vand.

Derfor har flere forfattere foreslået ændringer i definitionen af ​​kelvin. De mener, at Boltzmann-konstanten skal rettes, og definerer derefter kelvin igen som variation i termodynamisk temperatur som følge af ændring af en vis mængde energi termisk. På denne måde vil det også være muligt at relatere temperaturenheden med en grundlæggende konstant, noget meget almindeligt i definitionerne af alle størrelser i dag.

Billede: Slideshare

Hvis du vil læse flere artikler, der ligner Hvad er Boltzmanns konstant, anbefaler vi, at du indtaster vores kategori af Varme og temperatur.

• Bauer, W. 2011. Fysik til ingeniørvidenskab. Bind 1. Mc Graw Hill.
• Giancoli, D. 2006. Fysik: Principper med applikationer. 6. Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (s.f) Boltzmanns konstant: historie, ligninger, beregning, øvelser. Gendannet fra: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• National Metrology Network (7. september 2007) Ny teknik til måling af Boltzmann-konstanten. Gendannet fra: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Quantum Tales (8. oktober 2011) Boltzmanns konstant og temperatur. Gendannet fra: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/