Wat is de BOLTZMANN-constante

Hoewel ze vaak verward zijn, temperatuur en energie zijn niet hetzelfde concept. Temperatuur, of liever warmte, is een vorm van energie. Aangezien energie en temperatuur niet hetzelfde zijn, om de temperatuur van een systeem in eenheden van energie te meten, moet a fysieke constante: constante van Boltzmann. Maar,wat is de constante van Boltzmann?? In deze les van een LERAAR zullen we kijken naar de definitie van de constante van Boltzmann, hoe deze zich verhoudt tot Plancks werk en waarvoor deze momenteel wordt gebruikt in de natuurkunde.

Inhoudsopgave

1. Constante theorie van Boltzmann
2. De constante van Boltzmann en de ideale gasvergelijking
3. Constante en entropie van Boltzmann
4. De constante van Boltzmann en de herdefinitie van de Kelvin (K).

De constante van Boltzmann is waarde met betrekking tot de gemiddelde kinetische energie van een thermodynamisch systeem of een object cmet absolute temperatuur

Hoewel Boltzmann in 1877 entropie en waarschijnlijkheid voor het eerst met elkaar verbond, werd de relatie blijkbaar nooit uitgedrukt door een specifieke, numerieke constante. Het was Max planck WHO voor de eerste keer de waarde k invoert, en die een exacte waarde bood die, hoewel deze momenteel niet wordt gebruikt, er vrij dicht bij in de buurt komt.

Constante van Boltzmann komt overeen met: 1.380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. Dat wil zeggen, voor elke Kelvin-graad die een systeem heeft, is dit gelijk aan ongeveer 1.380 6488 × 10⁻²³ joule aan energie.

Hoewel weinigen de naam van Boltzmann kennen, is de constante die zijn naam draagt ​​tegenwoordig onmisbaar in de toepassing van de wetten van de thermodynamica, statistische mechanica en informatietheorie. Hieronder staan ​​enkele van de toepassingen waarbij de Boltzmann-constante is betrokken.

Afbeelding: Slideplayer

De ideale gasvergelijking, waarmee we ken de wereldwijde trend op een bepaald gedrag van een gasvormig systeem.

De ideale gasvergelijking is: PV = nRT

In de ideale gasvergelijking, hierboven weergegeven, hebben we a empirische constante (bepaald door experimentele methoden), die "gasconstante "of R. Deze constante komt eigenlijk door de constante van Boltzmann te vermenigvuldigen met het getal van Avogadro (dat het aantal deeltjes in elke mol opgeloste stof beschrijft).

De Boltzmann-constante en de gasconstante zijn in wezen hetzelfde, alleen de laatste verwijst naar de ene mol en de andere niet. Deze transformatie wordt alleen gedaan om rekening te houden met de energie die door elk van de deeltjes wordt gecreëerd in het gas, aangezien de energie die wordt gecreëerd door één mol deeltjes niet hetzelfde zal zijn als door tien mol deeltjes ze.

Afbeelding: Slideshare

De entropie wordt heel vaak gedefinieerd als: de mate van moleculaire wanorde van een systeem, maar deze definitie is niet zo duidelijk in de fysieke praktijk.

Entropie kan worden gedefinieerd vanuit het oogpunt van statistische mechanica of vanuit het oogpunt van thermodynamica, maar beide zijn in feite een maat voor interne wanorde van een systeem. In de statistische mechanica vertelt entropie ons het aantal microscopische toestanden dat compatibel is met een toestand gegeven macroscopisch terwijl in de thermodynamica de energie van die stoornis wordt gemeten in eenheden van energie / eenheden van temperatuur.

Om beide concepten te koppelen, en dat de entropie coherent is volgens de thermodynamica en volgens de kwantummechanica, de Boltzmann-constante wordt geïntroduceerd in de vergelijking voor mechanische entropie. Dit stelt ons in staat om deze conversiefactor tussen energie en temperatuur in te voeren en "in eenheden gelijk te maken" aan de definitie van thermodynamische entropie.

Afbeelding: Slideplayer

In de afgelopen jaren er is een nieuwe techniek gevonden om de Boltzmann-constante te meten, waardoor de waarde nauwkeuriger kon worden gedefinieerd.

De nieuwe techniek is gebaseerd op toepassing van laserabsorptiespectroscopie. Het systeem is eenvoudig te begrijpen: een kooldioxidelaserstraal wordt door een kamer geleid die gevuld is met gasvormige ammoniak. Deze container wordt gedurende het hele experiment door middel van een bad op temperatuur gehouden.

De absorptiefrequentie van de gasmoleculen ondergaat een Doppler-beweging, naarmate de thermische energie van de gasmoleculen toeneemt, wat zich manifesteert in de halve breedte van de absorptielijn. Het is precies de halve breedte van de absorptielijn die gerelateerd is aan de constante van Boltzmann.

Van deze methode wordt aangenomen dat nauwkeuriger is dan de akoestische methode, die tot dan toe werd gebruikt om de constante van Boltzmann te definiëren, wat van groot belang zou zijn om het als een methode te gebruiken om de graad van Kelvin te definiëren.

Wat is kelvin (k)

In onze dagen wordt de kelvin gedefinieerd als: thermodynamische temperatuur van het tripelpunt van water vermenigvuldigd met 1 / 273,16. Het in de praktijk brengen van deze definitie kent een aantal methodische problemen, bijvoorbeeld: het waarborgen van de isotopensamenstelling van water.

Dat is de reden waarom verschillende auteurs hebben gesuggereerd: veranderingen in de definitie van de kelvin. Ze zijn van mening dat de Boltzmann-constante moet worden vastgesteld en definiëren vervolgens de kelvin als de variatie in thermodynamische temperatuur als gevolg van de verandering van een bepaalde hoeveelheid energie thermisch. Op deze manier zal het ook mogelijk zijn om de temperatuureenheid te relateren aan een fundamentele constante, iets wat tegenwoordig heel gebruikelijk is in de definities van alle grootheden.

Afbeelding: Slideshare

Als u meer artikelen wilt lezen die vergelijkbaar zijn met Wat is de constante van Boltzmann, raden we u aan om onze categorie van Warmte en temperatuur.

• Bauer, W. 2011. Natuurkunde voor Ingenieurswetenschappen en Wetenschappen. Deel 1. McGraw Hill.
• Giancoli, D. 2006. Natuurkunde: principes met toepassingen. 6e.. Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (sf) Boltzmann's constante: geschiedenis, vergelijkingen, calculus, oefeningen. Hersteld van: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• National Metrology Network (7 september 2007) Nieuwe techniek om de Boltzmann-constante te meten. Hersteld van: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Quantum Tales (8 oktober 2011) Boltzmann's constante en temperatuur. Hersteld van: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/