Quelle est la constante de BOLTZMANN

Bien qu'ils soient souvent confondus, température et énergie ne sont pas le même concept. La température, ou plutôt la chaleur, est une forme d'énergie. Étant donné que l'énergie et la température ne sont pas les mêmes, pour mesurer la température d'un système en unités d'énergie, un constante physique: constante de Boltzmann. Mais,quelle est la constante de Boltzmann? Dans cette leçon d'un ENSEIGNANT, nous verrons la définition de la constante de Boltzmann, comment elle se rapporte aux travaux de Planck et à quoi elle est actuellement utilisée en physique.

Indice

1. Théorie de la constante de Boltzmann
2. La constante de Boltzmann et l'équation des gaz parfaits
3. Constante et entropie de Boltzmann
4. La constante de Boltzmann et la redéfinition du kelvin (K).

La constante de Boltzmann est valeur relative à l'énergie cinétique moyenne d'un système thermodynamique ou d'un objet cavec température absolue du même. En d'autres termes: cette constante est un

Bien que Boltzmann ait lié pour la première fois l'entropie et la probabilité en 1877, apparemment la relation n'a jamais été exprimée par une constante numérique spécifique. Il a été Max planck qui entré la valeur k pour la première fois, et qui a offert une valeur exacte qui, bien que n'étant pas celle actuellement utilisée, en est assez proche.

constante de Boltzmann correspond à: 1 380 6488 (13) × 10⁻²³ J/K. C'est-à-dire que pour chaque degré kelvin d'un système, cela équivaut à environ 1 380 6488 × 10⁻²³ joules d'énergie.

Bien que peu connaissent le nom de Boltzmann, aujourd'hui la constante qui porte son nom est indispensable dans le application des lois de la thermodynamique, mécanique statistique et théorie de l'information. Voici quelques-unes des applications dans lesquelles la constante de Boltzmann est impliquée.

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L'équation des gaz parfaits, qui nous permet connaître la tendance mondiale à un certain comportement d'un système gazeux.

L'équation des gaz parfaits est: PV = nRT

Dans l'équation des gaz parfaits, montrée ci-dessus, nous avons un constante empirique (déterminé par des méthodes expérimentales), qui est appelé "constante de gaz " ou R. Cette constante vient en fait de la multiplication de la constante de Boltzmann par le nombre d'Avogadro (qui décrit le nombre de particules dans chaque mole de soluté).

La constante de Boltzmann et la constante de gaz sont essentiellement les mêmes, seule cette dernière fait référence à une mole et l'autre non. Cette transformation se fait uniquement pour prendre en compte l'énergie créée par chacune des particules dans le gaz, puisque l'énergie créée par une mole de particules ne sera pas la même que par dix moles de elles.

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La entropie est très souvent défini comme le degré de désordre moléculaire d'un système, mais cette définition n'est pas si claire dans la pratique physique.

L'entropie peut être définie du point de vue de la mécanique statistique ou du point de vue de la thermodynamique, mais les deux sont en effet une mesure du désordre interne d'un système. En mécanique statistique, l'entropie nous indique le nombre d'états microscopiques compatibles avec un état donné macroscopique alors qu'en thermodynamique l'énergie de ce désordre est mesurée en unités d'énergie / unités de Température.

Pour lier les deux concepts, et que l'entropie soit cohérente selon la thermodynamique et selon la mécanique quantique, la constante de Boltzmann est introduite dans l'équation de l'entropie mécanique. Cela nous permet d'introduire ce facteur de conversion entre énergie et température et « d'égaliser en unités » à la définition de l'entropie thermodynamique.

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Au cours des dernières années une nouvelle technique a été trouvée pour mesurer la constante de Boltzmann, ce qui a permis de mieux définir sa valeur.

La nouvelle technique est basée sur application de la spectroscopie d'absorption laser. Le système est simple à comprendre: un faisceau laser au dioxyde de carbone traverse une chambre remplie d'ammoniac gazeux. Ce récipient est maintenu à température au moyen d'un bain pendant toute la durée de l'expérience.

La fréquence d'absorption des molécules de gaz subit une mouvement doppler, à mesure que l'énergie thermique des molécules de gaz augmente, ce qui se manifeste dans la demi-largeur de la raie d'absorption. C'est précisément la demi-largeur de la raie d'absorption qui est liée à la constante de Boltzmann.

Cette méthodologie est censée est plus précise que la méthode acoustique, qui servait jusque-là à définir la constante de Boltzmann, ce qui serait d'une grande importance à la prendre comme méthode pour définir le degré kelvin.

Qu'est-ce que Kelvin (k)

De nos jours, le kelvin est défini comme température thermodynamique du point triple de l'eau multiplié par 1/273,16. La mise en pratique de cette définition présente plusieurs difficultés méthodiques, par exemple: assurer la composition isotopique de l'eau.

C'est pourquoi plusieurs auteurs ont suggéré changements dans la définition du kelvin. Ils pensent que la constante de Boltzmann doit être fixée, puis redéfinissent le kelvin comme le variation de la température thermodynamique résultant du changement d'une certaine quantité d'énergie thermique. De cette façon, il sera également possible de relier l'unité de température à une constante fondamentale, chose très courante dans les définitions de toutes les quantités aujourd'hui.

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• Bauer, W. 2011. Physique pour l'Ingénierie et les Sciences. Volume 1. Mc Graw Hill.
• Giancoli, D. 2006. Physique: Principes avec applications. 6ème.. Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (s.f) Constante de Boltzmann: histoire, équations, calcul, exercices. Rétabli: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• Réseau National de Métrologie (7 septembre 2007) Nouvelle technique pour mesurer la constante de Boltzmann. Rétabli: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Contes quantiques (8 octobre 2011) Constante de Boltzmann et Température. Rétabli: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/