Kaj je konstanta BOLTZMANNA

Čeprav so pogosto zmedeni, temperatura in energija nista isti pojmu. Temperatura ali bolje rečeno toplota je oblika energije. Ker energija in temperatura nista enaki, za merjenje temperature sistema v enotah energije, a fizična konstanta: Boltzmannova konstanta. Ampak,kaj je Boltzmannova konstanta? V tej lekciji UČITELJA bomo preučili definicijo Boltzmannove konstante, kako je povezana s Planckovim delom in za kaj se trenutno uporablja v fiziki.

Kazalo

1. Teorija konstante Boltzmanna
2. Boltzmannova konstanta in enačba idealnega plina
3. Boltzmannova konstanta in entropija
4. Boltzmannova konstanta in redefinicija kelvina (K).

Boltzmannova konstanta je vrednost, ki se nanaša na srednjo kinetično energijo termodinamičnega sistema ali predmeta cz absolutno temperaturo istega. Z drugimi besedami: ta konstanta je a Pretvorbeni faktor za pretvorbo temperature (stopinje) v enote energije (na primer džuli).

Čeprav je Boltzmann entropijo in verjetnost prvič povezal leta 1877, očitno razmerje ni bilo nikoli izraženo s posebno numerično konstanto. Bilo je

Boltzmannova konstanta ustreza: 1.380 6488 (13) × 10⁻²³ J / K. To pomeni, da je za vsako stopnjo kelvina, ki jo ima sistem, približno 1,380 6488 × 10⁻²³ džuli energije.

Čeprav le malokdo pozna ime Boltzmanna, je danes stalnica, ki nosi njegovo ime, nepogrešljiva uporaba zakonov termodinamike, statistična mehanika in teorija informacij. Spodaj je nekaj aplikacij, pri katerih sodeluje Boltzmannova konstanta.

Slika: Slideplayer

Enačba idealnega plina, ki nam omogoča poznati svetovni trend do določenega vedenja plinastega sistema.

Enačba idealnega plina je: PV = nRT

V zgornji enačbi idealnega plina imamo a empirična konstanta (določeno z eksperimentalnimi metodami), ki se imenuje "plinska konstanta "ali R. Ta konstanta dejansko izhaja iz množenja Boltzmannove konstante z Avogadrovim številom (ki opisuje število delcev v vsakem molu topljene snovi).

Boltzmannova in plinska konstanta sta v bistvu enaki, le slednja se nanaša na en mol, drugi pa ne. Ta preobrazba se opravi samo zato, da se upošteva energija, ki jo ustvari vsak delček znotraj plina, saj energija, ki jo ustvari en mol delcev, ne bo enaka energiji desetih molov oni.

Slika: Diapozitiv

The entropija je zelo pogosto opredeljeno kot stopnja molekularne motnje sistema, vendar ta definicija v fizični praksi ni tako jasna.

Entropijo lahko določimo s stališča statistične mehanike ali z vidika termodinamike, vendar sta oba v veljavi merilo notranje motnje sistema. V statistični mehaniki nam entropija pove število mikroskopskih stanj, združljivih s stanjem dano makroskopsko, medtem ko se v termodinamiki energija te motnje meri v enotah energije / enotah temperatura.

Če želimo povezati oba koncepta in da je entropija skladna glede na termodinamiko in kvantno mehaniko, v enačbo za mehansko entropijo vnesemo Boltzmannovo konstanto. To nam omogoča, da ta faktor pretvorbe med energijo in temperaturo vnesemo in "izenačimo v enotah" v definicijo termodinamične entropije.

Slika: Slideplayer

V preteklih letih je bila najdena nova tehnika za merjenje Boltzmannove konstante, ki je omogočila natančnejšo določitev njene vrednosti.

Nova tehnika temelji na uporaba laserske absorpcijske spektroskopije. Sistem je enostaven za razumevanje: laserski žarek z ogljikovim dioksidom prehaja skozi komoro, napolnjeno s plinovitim amoniakom. Ta posoda se ves čas poskusa ohranja na temperaturi s pomočjo kopeli.

Pogostost absorpcije molekul plina je a dopplersko gibanje, ko se toplotna energija molekul plina poveča, kar se kaže v polovični širini absorpcijske črte. Natanko polovična širina absorpcijske črte je povezana z Boltzmannovo konstanto.

Verjame se, da ta metodologija je natančnejša od akustične metode, ki so ga do takrat uporabljali za definiranje Boltzmannove konstante, kar bi bilo zelo pomembno, če bi jo vzeli kot metodo za določitev Kelvinove stopnje.

Kaj je kelvin (k)

V naših dneh je kelvin opredeljen kot termodinamična temperatura trojne točke vode pomnoženo z 1 / 273,16. Uporaba te definicije v praksi ima več metodičnih težav, na primer: zagotavljanje izotopske sestave vode.

Zato je predlagalo več avtorjev spremembe v definiciji kelvina. Verjamejo, da je treba Boltzmannovo konstanto določiti, nato pa kelvin ponovno definirati kot sprememba termodinamične temperature, ki je posledica spremembe določene količine energije toplotno. Na ta način bo mogoče tudi temperaturno enoto povezati s temeljno konstanto, kar je danes zelo pogosto v definicijah vseh količin.

Slika: Diapozitiv

Če želite prebrati več podobnih člankov Kaj je Boltzmannova konstanta, priporočamo, da vnesete našo kategorijo Toplota in temperatura.

• Bauer, W. 2011. Fizika za tehniko in vede. 1. zvezek Mc Graw Hill.
• Giancoli, D. 2006. Fizika: Načela z aplikacijami. 6... Dvorana Eda Prenticea.
• Zapata, F (s.f) Boltzmannova konstanta: zgodovina, enačbe, račun, vaje. Obnovljeno od: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• Nacionalna meroslovna mreža (7. september 2007) Nova tehnika za merjenje Boltzmannove konstante. Obnovljeno od: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Quantum Tales (8. oktober 2011) Boltzmannova konstanta in temperatura. Obnovljeno od: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/