Co to jest stała BOLTZMANN

Chociaż często są zdezorientowani, temperatura i energia to nie to samo pojęcie. Temperatura, a właściwie ciepło, to forma energii. Ponieważ energia i temperatura nie są takie same, aby zmierzyć temperaturę układu w jednostkach energii, a stała fizyczna: stała Boltzmanna. Ale,jaka jest stała Boltzmanna? W tej lekcji od NAUCZYCIELA przyjrzymy się definicji stałej Boltzmanna, jak odnosi się ona do pracy Plancka i do czego jest obecnie używana w fizyce.

Indeks

1. Teoria stałych Boltzmanna
2. Stała Boltzmanna i równanie gazu doskonałego
3. Stała i entropia Boltzmanna
4. Stała Boltzmanna i redefinicja kelwina (K).

Stała Boltzmanna to wartość związana ze średnią energią kinetyczną układu termodynamicznego lub obiektu cz temperaturą bezwzględną tego samego. Innymi słowy: ta stała to a Współczynnik konwersji przeliczyć temperaturę (stopnie) na jednostki energii (na przykład dżule).

Chociaż Boltzmann po raz pierwszy połączył entropię i prawdopodobieństwo w 1877 roku, najwyraźniej związek ten nigdy nie został wyrażony przez konkretną, liczbową stałą. To było

Stała Boltzmanna odpowiada: 1380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. Oznacza to, że dla każdego stopnia Kelvina, który ma system, jest to równoważne około 1380 6488 × 10⁻²³ dżuli energii.

Chociaż niewiele osób zna nazwisko Boltzmanna, dziś stała, która nosi jego imię, jest niezbędna w zastosowanie praw termodynamiki, mechanika statystyczna i teoria informacji. Poniżej przedstawiono niektóre aplikacje, w których bierze udział stała Boltzmanna.

Obraz: odtwarzacz slajdów

Równanie gazu doskonałego, które pozwala nam poznać światowy trend na pewne zachowanie układu gazowego.

Idealne równanie gazu to: PV = nRT

W przedstawionym powyżej równaniu gazu doskonałego mamy a stała empiryczna (określona metodami eksperymentalnymi), która nazywa się „stała gazowa ”lub R. Ta stała faktycznie pochodzi z pomnożenia stałej Boltzmanna przez liczbę Avogadro (która opisuje liczbę cząstek w każdym molu substancji rozpuszczonej).

Stała Boltzmanna i stała gazowa są zasadniczo takie same, tylko ta ostatnia odnosi się do jednego mola, a druga nie. Ta transformacja jest wykonywana tylko w celu uwzględnienia energii wytworzonej przez każdą z cząstek w gazie, ponieważ energia wytworzona przez jeden mol cząstek nie będzie taka sama jak przez dziesięć moli one.

Obraz: Udostępnianie slajdów

entropia jest bardzo często definiowany jako stopień nieuporządkowania molekularnego układu, ale ta definicja nie jest tak jasna w praktyce fizycznej.

Entropię można zdefiniować z punktu widzenia mechaniki statystycznej lub z punktu widzenia termodynamiki, ale oba są w mocy miara zaburzeń wewnętrznych systemu. W mechanice statystycznej entropia mówi nam o liczbie mikroskopijnych stanów zgodnych ze stanem biorąc pod uwagę makroskopowo, podczas gdy w termodynamice energia tego zaburzenia jest mierzona w jednostkach energii / jednostkach temperatura.

Aby połączyć obie koncepcje i aby entropia była spójna zgodnie z termodynamiką i mechaniką kwantową, stała Boltzmanna jest wprowadzana do równania na entropię mechaniczną. To pozwala nam wprowadzić ten współczynnik konwersji między energią a temperaturą i „wyrównać w jednostkach” do definicji entropii termodynamicznej.

Obraz: odtwarzacz slajdów

W ostatnich latach znaleziono nową technikę do pomiaru stałej Boltzmanna, co pozwoliło na dokładniejsze określenie jej wartości.

Nowa technika opiera się na zastosowanie laserowej spektroskopii absorpcyjnej. System jest prosty do zrozumienia: wiązka lasera dwutlenku węgla przechodzi przez komorę wypełnioną gazowym amoniakiem. Ten pojemnik jest utrzymywany w temperaturze za pomocą kąpieli podczas całego doświadczenia.

Częstotliwość absorpcji cząsteczek gazu ulega ruch dopplerowski, wraz ze wzrostem energii cieplnej cząsteczek gazu, co przejawia się w połowie szerokości linii absorpcji. To właśnie połowa szerokości linii absorpcji jest powiązana ze stałą Boltzmanna.

Uważa się, że ta metodologia jest dokładniejsza niż metoda akustyczna, to było do tej pory używane do definiowania stałej Boltzmanna, co miałoby ogromne znaczenie, aby przyjąć ją jako metodę określania stopnia Kelvina.

Co to jest kelwin (k)

W naszych czasach kelwin jest definiowany jako temperatura termodynamiczna punktu potrójnego wody pomnożonej przez 1/273,16. Wprowadzenie tej definicji w życie wiąże się z kilkoma trudnościami metodycznymi, np. zapewnieniem składu izotopowego wody.

Dlatego kilku autorów zasugerowało zmiany w definicji kelwina. Uważają, że należy ustalić stałą Boltzmanna, a następnie ponownie zdefiniować kelwin jako zmiana temperatury termodynamicznej wynikająca ze zmiany określonej ilości energii termiczny. W ten sposób będzie również możliwe powiązanie jednostki temperatury ze stałą podstawową, co jest bardzo powszechne w dzisiejszych definicjach wszystkich wielkości.

Obraz: Udostępnianie slajdów

Jeśli chcesz przeczytać więcej artykułów podobnych do Jaka jest stała Boltzmanna?, zalecamy wpisanie naszej kategorii Ciepło i temperatura.

• Bauer, W. 2011. Fizyka dla Inżynierii i Nauk. Tom 1. Wzgórze Mc Grawa.
• Giancoli, D. 2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6... Ed Prentice Hall.
• Zapata, F (s.f) Stała Boltzmanna: historia, równania, rachunek różniczkowy, ćwiczenia. Wyzdrowiał z: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• National Metrology Network (7 września 2007) Nowa technika pomiaru stałej Boltzmanna. Wyzdrowiał z: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Opowieści kwantowe (8 października 2011) Stała Boltzmanna i temperatura. Wyzdrowiał z: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/