מהו קבוע BOLTZMANN

למרות שהם לעתים קרובות מבולבלים, טמפרטורה ואנרגיה אינם אותו מושג. טמפרטורה, או ליתר דיוק חום, היא סוג של אנרגיה. מכיוון שהאנרגיה והטמפרטורה אינם זהים, על מנת למדוד את הטמפרטורה של מערכת ביחידות אנרגיה, א קבוע פיזי: הקבוע של בולצמן. אבל,מה הקבוע של בולצמן? בשיעור זה של מורה נראה את ההגדרה של הקבוע של בולצמן, איך זה קשור ליצירתו של פלאנק ולמה הוא משמש כיום בפיזיקה.

אינדקס

1. תיאוריה קבועה של בולצמן
2. קבוע ומשוואת הגז האידיאלית של בולצמן
3. הקבוע והאנטרופיה של בולצמן
4. קבועו של בולצמן והגדרה מחדש של הקלווין (K).

הקבוע של בולצמן הוא ערך המתייחס לאנרגיה הקינטית הממוצעת של מערכת תרמודינמית או אובייקט געם טמפרטורה מוחלטת מאותו הדבר. במילים אחרות: קבוע זה הוא גורם המרה להעביר את הטמפרטורה (מעלות), ליחידות אנרגיה (ג'אול, למשל).

אף על פי שבולצמן קשר בין אנטרופיה והסתברות לראשונה בשנת 1877, ככל הנראה הקשר מעולם לא התבטא באמצעות קבוע מספרי ספציפי. זה היה מקס פלאנק מי הזין את הערך k בפעם הראשונה, ומי הציע ערך מדויק שלמרות שהוא אינו זה שנמצא בשימוש כיום, הוא די קרוב אליו.

קבוע של בולצמן תואם: 1,380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. כלומר, עבור כל דרגת קלווין שיש למערכת, זה שווה ערך לכ -1,380 6488 × 10⁻²³ ג'ואלים של אנרגיה.

למרות שמעטים מכירים את שמו של בולצמן, כיום הקבוע הנושא את שמו הוא הכרחי ב יישום חוקי התרמודינמיקה, מכניקה סטטיסטית ותורת המידע. חלק מהיישומים בהם מעורב הקבוע של בולצמן מוצגים להלן.

תמונה: מצגת שקופיות

משוואת הגז האידיאלית, המאפשרת לנו מכירים את המגמה העולמית להתנהגות מסוימת של מערכת גזית.

משוואת הגז האידיאלית היא: PV = nRT

במשוואת הגז האידיאלית, המוצגת לעיל, יש לנו a קבוע אמפירי (נקבע בשיטות ניסיוניות), הנקרא "קבוע גז "או R. קבוע זה נובע למעשה מכפלת הקבוע של בולצמן במספרו של אבוגדרו (המתאר את מספר החלקיקים בכל שומה של מומס).

קבוע בולצמן וקבוע הגז זהים במהותם, רק האחרון מתייחס לשומה אחת והשנייה לא. שינוי זה נעשה רק בכדי לקחת בחשבון את האנרגיה שנוצרת על ידי כל אחד מהחלקיקים בתוך הגז, מכיוון שהאנרגיה שנוצרת על ידי שומה אחת של חלקיקים לא תהיה זהה לעשרה שומות הֵם.

תמונה: מצגת שקופיות

ה אנטרופיה מוגדר לעתים קרובות כ- מידת ההפרעה המולקולרית של מערכת, אך הגדרה זו אינה כה ברורה בתרגול הגופני.

ניתן להגדיר אנטרופיה מנקודת מבט של מכניקה סטטיסטית או מנקודת מבט של תרמודינמיקה, אך שתיהן למעשה מדד להפרעה פנימית של מערכת. במכניקה סטטיסטית, אנטרופיה מספרת לנו את מספר המצבים המיקרוסקופיים התואמים למצב ניתנת מקרוסקופית ואילו בתרמודינמיקה נמדדת האנרגיה של אותה הפרעה ביחידות אנרגיה / יחידות של טֶמפֶּרָטוּרָה.

לקשר בין שני המושגים, וכי האנטרופיה היא קוהרנטית על פי התרמודינמיקה ועל פי מכניקת הקוונטים, קבוע בולצמן מוחדר למשוואה לאנטרופיה מכנית. זה מאפשר לנו להציג את גורם ההמרה הזה בין אנרגיה לטמפרטורה ו"להשוות ביחידות "להגדרת אנטרופיה תרמודינמית.

תמונה: מצגת שקופיות

בשנים האחרונות טכניקה חדשה נמצאה למדוד את הקבוע של בולצמן, שאפשר להגדיר בצורה מדויקת יותר את ערכו.

הטכניקה החדשה מבוססת על יישום ספקטרוסקופיית ספיגת לייזר. המערכת פשוטה להבנה: קרן לייזר פחמן דו חמצני עוברת דרך תא מלא באמוניה גזית. מיכל זה נשמר בטמפרטורה באמצעות אמבטיה במהלך כל הניסוי.

תדירות הקליטה של ​​מולקולות הגז עוברת א תנועת דופלר, ככל שהאנרגיה התרמית של מולקולות הגז עולה, המתבטאת בחצי רוחב קו הספיגה. דווקא חצי רוחב קו הקליטה קשור לקבוע של בולצמן.

מאמינים כי מתודולוגיה זו מדויק יותר מהשיטה האקוסטית, ששימש עד אז כדי להגדיר את הקבוע של בולצמן, אשר יהיה חשוב מאוד לקחת את זה כשיטה להגדרת תואר קלווין.

מה זה קלווין (k)

בימינו הקלווין מוגדר כ טמפרטורה תרמודינמית של נקודת המשולש של המים כפול 1/273.16. למימוש הגדרה זו יש כמה קשיים מתודיים, למשל: הבטחת הרכב האיזוטופי של המים.

לכן כמה מחברים הציעו שינויים בהגדרת הקלווין. הם מאמינים כי יש לתקן את קבוע בולצמן, ואז להגדיר מחדש את הקלווין כ- וריאציה של הטמפרטורה התרמודינמית הנובעת משינוי כמות אנרגיה מסוימת תֶרמִי. באופן זה ניתן יהיה גם לקשר את יחידת הטמפרטורה עם קבוע בסיסי, דבר נפוץ מאוד בהגדרות כל הכמויות כיום.

תמונה: מצגת שקופיות

אם אתה רוצה לקרוא מאמרים נוספים הדומים ל- מה הקבוע של בולצמןאנו ממליצים לך להיכנס לקטגוריה שלנו חום וטמפרטורה.

• באואר, וו. 2011. פיזיקה להנדסה ומדעים. כרך 1. מק גראו היל.
• ג'יאנקולי, ד. 2006. פיזיקה: עקרונות עם יישומים. 6.. אולם אד פרנטיס.
• Zapata, F (s.f) הקבוע של בולצמן: היסטוריה, משוואות, חשבון, תרגילים. התאושש מ: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• הרשת הלאומית למטרולוגיה (7 בספטמבר 2007) טכניקה חדשה למדידת קבוע בולצמן. התאושש מ: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• סיפורי קוונטים (8 באוקטובר 2011) הקבוע והטמפרטורה של בולצמן. התאושש מ: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/