Mis on BOLTZMANNi konstant

Kuigi nad on sageli segaduses, temperatuur ja energia ei ole sama mõiste. Temperatuur või pigem soojus on energia vorm. Kuna energia ja temperatuur pole ühesugused, on süsteemi temperatuuri mõõtmiseks energiaühikutes a füüsiline konstant: Boltzmanni konstant. Aga,mis on Boltzmanni konstant? Selles ÕPETAJA õppetükis vaatleme Boltzmanni konstandi määratlust, kuidas see on seotud Plancki loominguga ja milleks seda füüsikas praegu kasutatakse.

Indeks

1. Boltzmanni konstantne teooria
2. Boltzmanni konstant ja ideaalne gaasivõrrand
3. Boltzmanni konstant ja entroopia
4. Boltzmanni konstant ja kelvini (K) uuesti määratlemine.

Boltzmanni konstant on väärtus, mis seob keskmise kineetilise energia termodünaamilise süsteemi või objekti cabsoluutse temperatuuriga sama. Teisisõnu on see konstant a Teisendustegur temperatuuri (kraadides) teisendamiseks energiaühikuteks (näiteks džaulideks).

Ehkki Boltzmann seostas entroopia ja tõenäosuse esmakordselt 1877. aastal, ei väljendatud suhet kunagi kunagi kindla arvulise konstandi kaudu. See oli

Boltzmanni konstant vastab: 1 380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. See tähendab, et süsteemi iga kelvini kraadi puhul on see võrdne ligikaudu 1 380 6488 × 10⁻²³ energia džaulid.

Ehkki vähesed teavad Boltzmanni nime, on tänapäeval tema nime kandev konstant hädavajalik termodünaamika seaduste rakendamine, statistiline mehaanika ja infoteooria. Allpool on toodud mõned rakendused, milles Boltzmanni konstant on seotud.

Pilt: Slideplayer

Ideaalne gaasivõrrand, mis võimaldab meil tead globaalset suundumust gaasilise süsteemi teatud käitumisele.

Ideaalne gaasivõrrand on: PV = nRT

Ülaltoodud ideaalses gaasivõrrandis on meil a empiiriline konstant (määratud katsemeetoditega), mida nimetatakse "gaasikonstant "või R. See konstant tuleneb tegelikult Boltzmanni konstandi korrutamisest Avogadro arvuga (mis kirjeldab osakeste arvu igas soluudi moolis).

Boltzmanni konstant ja gaasikonstant on sisuliselt samad, ainult viimane viitab ühele moolile ja teine ​​mitte. See muundamine toimub ainult selleks, et võtta arvesse iga osakese loodud energiat gaasi sees, kuna ühe mooli osakeste tekitatud energia ei ole sama, mis kümnel moolil osakestel nad.

Pilt: slaidijaotus

The entroopia on väga sageli määratletud kui süsteemi molekulaarse häire aste, kuid see määratlus pole füüsilises praktikas nii selge.

Entroopiat saab määratleda statistilise mehaanika või termodünaamika seisukohalt, kuid mõlemad on tegelikult sisehäire mõõdupuu süsteemi. Statistilises mehaanikas ütleb entroopia meile olekuga ühilduvate mikroskoopiliste olekute arvu antud makroskoopiline, samas kui termodünaamikas mõõdetakse selle häire energiat energiaühikutes / ühikutes temperatuur.

Mõlema mõiste sidumiseks ja et entroopia on termodünaamika ja kvantmehaanika koherentne Boltzmanni konstant sisestatakse mehaanilise entroopia võrrandisse. See võimaldab meil viia see muundamistegur energia ja temperatuuri vahele ning "võrdsustada ühikutes" termodünaamilise entroopia määratlusele.

Pilt: Slideplayer

Viimastel aastatel on leitud uus tehnika Boltzmanni konstandi mõõtmiseks, mis võimaldas selle väärtust täpsemini määratleda.

Uus tehnika põhineb laserabsorptsioonspektroskoopia rakendamine. Süsteemi on lihtne mõista: süsinikdioksiidi laserkiir juhitakse läbi gaasilise ammoniaagiga täidetud kambri. Seda anumat hoitakse kogu katse jooksul vanni abil temperatuuril.

Gaasimolekulide neeldumissagedus läbib a doppleri liikumine, kuna gaasimolekulide soojusenergia suureneb, mis avaldub neeldumisjoone poolelaiuses. Täpselt neeldumisjoone poollaius on seotud Boltzmanni konstandiga.

Seda metoodikat arvatakse on täpsem kui akustiline meetod, seda kasutati seni Boltzmanni konstandi määratlemiseks, mis oleks väga oluline võtta seda kui meetodit kelvini kraadi määramiseks.

Mis on kelvin (k)

Meie päevil on kelvin määratletud kui termodünaamiline temperatuur vee kolmekordse punkti korrutis 1 / 273,16-ga. Selle määratluse rakendamisel on mitmeid metoodilisi raskusi, näiteks: vee isotoopkoostise tagamine.

Sellepärast on mitu autorit soovitanud muutused kelvini definitsioonis. Nad usuvad, et Boltzmanni konstant tuleks fikseerida ja seejärel määratleda kelvin uuesti termodünaamilise temperatuuri kõikumine, mis tuleneb teatud energiakoguse muutumisest soojus. Nii on võimalik temperatuuriühikut seostada ka põhikonstandiga, mis on tänapäeval kõigi koguste määratlustes väga tavaline.

Pilt: slaidijaotus

Kui soovite lugeda rohkem artikleid, mis on sarnased Mis on Boltzmanni konstant, soovitame sisestada meie kategooria Kuumus ja temperatuur.

• Bauer, W. 2011. Inseneri- ja teadusfüüsika. 1. köide. Mc Graw Hill.
• Giancoli, D. 2006. Füüsika: põhimõtted rakendustega. 6... Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (s.f) Boltzmanni konstant: ajalugu, võrrandid, arvutus, harjutused. Taastatud: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• Riiklik metroloogiavõrgustik (7. september 2007) Uus tehnika Boltzmanni konstandi mõõtmiseks. Taastatud: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Kvantlood (8. oktoober 2011) Boltzmanni konstant ja temperatuur. Taastatud: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/