Τι είναι η σταθερά BOLTZMANN

Αν και συχνά συγχέονται, η θερμοκρασία και η ενέργεια δεν είναι η ίδια έννοια. Η θερμοκρασία, ή μάλλον η θερμότητα, είναι μια μορφή ενέργειας. Δεδομένου ότι η ενέργεια και η θερμοκρασία δεν είναι οι ίδιες, προκειμένου να μετρηθεί η θερμοκρασία ενός συστήματος σε μονάδες ενέργειας, α φυσική σταθερά: Η σταθερά του Boltzmann. Αλλά,ποια είναι η σταθερά του Boltzmann? Σε αυτό το μάθημα από έναν εκπαιδευτή θα εξετάσουμε τον ορισμό της σταθεράς του Boltzmann, πώς σχετίζεται με το έργο του Planck και για το τι χρησιμοποιείται επί του παρόντος στη φυσική.

Δείκτης

1. Η σταθερή θεωρία του Boltzmann
2. Η σταθερά του Boltzmann και η ιδανική εξίσωση αερίου
3. Η σταθερά και η εντροπία του Boltzmann
4. Η σταθερά του Boltzmann και ο επαναπροσδιορισμός του kelvin (K).

Η σταθερά του Boltzmann είναι τιμή που σχετίζεται με τη μέση κινητική ενέργεια θερμοδυναμικού συστήματος ή αντικειμένου γμε απόλυτη θερμοκρασία από τα ίδια. Με άλλα λόγια: αυτή η σταθερά είναι α

Αν και ο Boltzmann συνδέθηκε για πρώτη φορά με εντροπία και πιθανότητα το 1877, προφανώς η σχέση δεν εκφράστηκε ποτέ μέσω μιας συγκεκριμένης, αριθμητικής σταθεράς. Ήταν Μέγιστο planck οι οποίοι εισήγαγε την τιμή k για πρώτη φορά, και ποιος προσέφερε μια ακριβή τιμή που, παρόλο που δεν είναι αυτή που χρησιμοποιείται σήμερα, είναι πολύ κοντά σε αυτήν.

Η σταθερά του Boltzmann αντιστοιχεί σε: 1.380 6488 (13) × 10⁻²³ Κ / Κ Δηλαδή, για κάθε βαθμό kelvin που έχει ένα σύστημα, είναι ισοδύναμο με περίπου 1.380 6488 × 10⁻²³ joules ενέργειας.

Αν και λίγοι γνωρίζουν το όνομα του Boltzmann, σήμερα η σταθερά που φέρει το όνομά του είναι απαραίτητη στο εφαρμογή των νόμων της θερμοδυναμικής, στατιστική μηχανική και θεωρία πληροφοριών. Ακολουθούν μερικές από τις εφαρμογές στις οποίες εμπλέκεται η σταθερά Boltzmann.

Εικόνα: Slideplayer

Η ιδανική εξίσωση αερίου, που μας επιτρέπει ξέρετε την παγκόσμια τάση σε μια συγκεκριμένη συμπεριφορά ενός αερίου συστήματος.

Η ιδανική εξίσωση αερίου είναι: PV = nRT

Στην ιδανική εξίσωση αερίου, που φαίνεται παραπάνω, έχουμε ένα εμπειρική σταθερά (καθορίζεται από πειραματικές μεθόδους), η οποία ονομάζεται "σταθερά αερίου "ή R. Αυτή η σταθερά προέρχεται πραγματικά από τον πολλαπλασιασμό της σταθεράς του Boltzmann με τον αριθμό του Avogadro (ο οποίος περιγράφει τον αριθμό των σωματιδίων σε κάθε mole διαλυμένης ουσίας).

Η σταθερά Boltzmann και η σταθερά αερίου είναι ουσιαστικά η ίδια, μόνο το τελευταίο αναφέρεται σε ένα γραμμομόριο και το άλλο όχι. Αυτός ο μετασχηματισμός γίνεται μόνο για να ληφθεί υπόψη η ενέργεια που δημιουργείται από καθένα από τα σωματίδια μέσα στο αέριο, δεδομένου ότι η ενέργεια που δημιουργείται από ένα γραμμομόριο σωματιδίων δεν θα είναι η ίδια με δέκα γραμμομόρια αυτοί.

Εικόνα: Slideshare

ο εντροπία ορίζεται πολύ συχνά ως ο βαθμός μοριακής διαταραχής ενός συστήματος, αλλά αυτός ο ορισμός δεν είναι τόσο σαφής στη φυσική πρακτική.

Η εντροπία μπορεί να οριστεί από την άποψη της στατιστικής μηχανικής ή από την άποψη της θερμοδυναμικής, αλλά και τα δύο ισχύουν ένα μέτρο εσωτερικής διαταραχής ενός συστήματος. Στη στατιστική μηχανική, η εντροπία μας λέει τον αριθμό των μικροσκοπικών καταστάσεων που είναι συμβατές με μια κατάσταση δεδομένης μακροσκοπικής ενώ στη θερμοδυναμική η ενέργεια αυτής της διαταραχής μετράται σε μονάδες ενέργειας / μονάδες θερμοκρασία.

Για να συνδέσουμε και τις δύο έννοιες και ότι η εντροπία είναι συνεκτική σύμφωνα με τη θερμοδυναμική και σύμφωνα με την κβαντική μηχανική, η σταθερά Boltzmann εισάγεται στην εξίσωση για μηχανική εντροπία. Αυτό μας επιτρέπει να εισαγάγουμε αυτόν τον παράγοντα μετατροπής μεταξύ ενέργειας και θερμοκρασίας και να «εξισώσουμε σε μονάδες» στον ορισμό της θερμοδυναμικής εντροπίας.

Εικόνα: Slideplayer

Τα τελευταία χρόνια έχει βρεθεί μια νέα τεχνική για τη μέτρηση της σταθεράς Boltzmann, η οποία επέτρεψε να καθοριστεί με ακρίβεια η τιμή της

Η νέα τεχνική βασίζεται εφαρμογή φασματοσκοπίας απορρόφησης λέιζερ. Το σύστημα είναι κατανοητό: Μια δέσμη λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα διέρχεται μέσω ενός θαλάμου γεμάτου με αέρια αμμωνία. Αυτός ο περιέκτης διατηρείται σε θερμοκρασία μέσω λουτρού καθ 'όλη τη διάρκεια του πειράματος.

Η συχνότητα απορρόφησης μορίων αερίου υφίσταται α κίνηση doppler, καθώς αυξάνεται η θερμική ενέργεια των μορίων αερίου, η οποία εκδηλώνεται στο μισό πλάτος της γραμμής απορρόφησης. Είναι ακριβώς το μισό πλάτος της γραμμής απορρόφησης που σχετίζεται με τη σταθερά του Boltzmann.

Πιστεύεται ότι αυτή η μεθοδολογία είναι πιο ακριβής από την ακουστική μέθοδο, που χρησιμοποιήθηκε μέχρι τότε για τον καθορισμό της σταθεράς του Boltzmann, κάτι που θα ήταν πολύ σημαντικό να το θεωρήσουμε ως μέθοδο για τον καθορισμό του βαθμού Kelvin.

Τι είναι το kelvin (k)

Στις μέρες μας το kelvin ορίζεται ως θερμοδυναμική θερμοκρασία του τριπλού σημείου του νερού πολλαπλασιασμένο επί 1 / 273.16. Η εφαρμογή αυτού του ορισμού έχει πολλές μεθοδολογικές δυσκολίες, για παράδειγμα: εξασφάλιση της ισοτοπικής σύνθεσης του νερού.

Γι 'αυτό έχουν προτείνει αρκετοί συγγραφείς αλλαγές στον ορισμό του kelvin. Πιστεύουν ότι η σταθερά Boltzmann πρέπει να είναι σταθερή και, στη συνέχεια, να επαναπροσδιορίζει το kelvin ως το μεταβολή της θερμοδυναμικής θερμοκρασίας που προκύπτει από την αλλαγή ορισμένης ποσότητας ενέργειας θερμικός. Με αυτόν τον τρόπο, θα είναι επίσης δυνατό να συσχετιστεί η μονάδα θερμοκρασίας με μια θεμελιώδη σταθερά, κάτι πολύ κοινό στους ορισμούς όλων των ποσοτήτων σήμερα.

Εικόνα: Slideshare

Αν θέλετε να διαβάσετε περισσότερα άρθρα παρόμοια με Τι είναι η σταθερά του Boltzmann, σας συνιστούμε να εισαγάγετε την κατηγορία μας Θερμότητα και θερμοκρασία.

• Bauer, W. 2011. Φυσική Μηχανικών και Επιστημών. Τόμος 1. Mc Graw Hill.
• Giancoli, Δ. 2006. Φυσική: Αρχές με Εφαρμογές. 6η.. Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (s.f) Σταθερά του Boltzmann: ιστορία, εξισώσεις, λογισμός, ασκήσεις. Συνήλθα από: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• Εθνικό Μετρολογικό Δίκτυο (7 Σεπτεμβρίου 2007) Νέα τεχνική μέτρησης της σταθεράς Boltzmann. Συνήλθα από: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Quantum Tales (8 Οκτωβρίου 2011) Η σταθερά και η θερμοκρασία του Boltzmann. Συνήλθα από: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/