Що таке константа БОЛЬЦМАННА

Хоча їх часто плутають, температура та енергія - це не одне і те ж поняття. Температура, а точніше тепло - це вид енергії. Оскільки енергія та температура не однакові, для вимірювання температури системи в одиницях енергії, a фізична постійна: Константа Больцмана. Але,яка константа Больцмана? У цьому уроці від ВЧИТЕЛЯ ми розглянемо визначення константи Больцмана, як вона пов’язана з роботою Планка та для чого вона використовується в даний час у фізиці.

Індекс

1. Теорія постійних Больцмана
2. Постійна Больцмана та рівняння ідеального газу
3. Постійна і ентропія Больцмана
4. Постійна Больцмана та перевизначення кельвіна (K).

Постійна Больцмана дорівнює значення, що стосується середньої кінетичної енергії термодинамічної системи або об'єкта cз абсолютною температурою того самого. Іншими словами: ця константа є a Коефіцієнт перерахунку для перетворення температури (градусів) в одиниці енергії (джоулі, наприклад).

Хоча Больцман вперше зв'язав ентропію та ймовірність у 1877 році, очевидно, зв'язок ніколи не виражався через певну числову константу. Це було

Постійна Больцмана відповідає: 1380 6488 (13) × 10⁻²³ Дж / К. Тобто для кожного градусу кельвіна, який має система, це еквівалентно приблизно 1380 6488 × 10⁻²³ Джоулі енергії.

Хоча мало хто знає ім'я Больцмана, сьогодні константа, яка носить його ім'я, є незамінною в Росії застосування законів термодинаміки, статистична механіка та теорія інформації. Нижче наведено деякі програми, в яких бере участь постійна Больцмана.

Зображення: Slideplayer

Рівняння ідеального газу, яке дозволяє нам знати світову тенденцію до певної поведінки газоподібної системи.

Рівняння ідеального газу: PV = nRT

У рівнянні ідеального газу, показаному вище, ми маємо a емпірична константа (визначається експериментальними методами), яка називається "газова константа »або R. Ця константа насправді походить від множення константи Больцмана на число Авогадро (яке описує кількість частинок у кожному молі розчиненої речовини).

Постійна Больцмана та газова постійна по суті однакові, лише остання відноситься до одного моля, а інша ні. Це перетворення здійснюється лише з урахуванням енергії, яку створює кожна з частинок всередині газу, оскільки енергія, що створюється одним молем частинок, не буде такою ж, як і десять молей Вони.

Зображення: Slideshare

ентропія дуже часто визначається як ступінь молекулярного розладу системи, але це визначення не є настільки зрозумілим у фізичній практиці.

Ентропію можна визначити з точки зору статистичної механіки або з точки зору термодинаміки, але обидві діють міра внутрішнього розладу системи. У статистичній механіці ентропія повідомляє нам кількість мікроскопічних станів, сумісних із станом дана макроскопічна, тоді як у термодинаміці енергія цього розладу вимірюється в одиницях енергії / одиницях температури.

Пов’язати обидва поняття і те, що ентропія є когерентною відповідно до термодинаміки та квантової механіки, постійна Больцмана вводиться до рівняння механічної ентропії. Це дозволяє нам ввести цей коефіцієнт перерахунку між енергією та температурою та "зрівняти в одиницях" для визначення термодинамічної ентропії.

Зображення: Slideplayer

В останні роки знайдено нову техніку для вимірювання константи Больцмана, що дозволило більш точно визначити її значення.

Нова техніка заснована на застосування спектроскопії лазерного поглинання. Система проста для розуміння: лазерний промінь вуглекислого газу пропускається через камеру, заповнену газоподібним аміаком. Цей контейнер витримують при температурі за допомогою ванни протягом усього експерименту.

Частота поглинання молекул газу зазнає a доплерівський рух, при збільшенні теплової енергії молекул газу, що виявляється в напівширині лінії поглинання. Саме постійна ширина лінії поглинання пов’язана з константою Больцмана.

Вважається, що ця методологія є більш точним, ніж акустичний метод, що використовувалося до тих пір для визначення константи Больцмана, що було б дуже важливо прийняти її як метод визначення ступеня Кельвіна.

Що таке кельвін (k)

У наші дні кельвін визначається як термодинамічна температура потрійної точки води, помноженої на 1 / 273,16. Застосування цього визначення на практиці має кілька методичних труднощів, наприклад: забезпечення ізотопного складу води.

Ось чому кілька авторів припустили зміни у визначенні кельвіна. Вони вважають, що константу Больцмана слід зафіксувати, а потім знову визначити кельвін як зміна термодинамічної температури в результаті зміни певної кількості енергії тепловий. Таким чином, також можна буде зв’язати одиницю температури з фундаментальною константою, що є дуже поширеним у сьогоднішніх визначеннях усіх величин.

Зображення: Slideshare

Якщо ви хочете прочитати більше статей, подібних до Що таке константа Больцмана, рекомендуємо ввести нашу категорію Тепло і температура.

• Бауер, В. 2011. Фізика для техніки та наук. Том 1. Хілл Мак-Гра
• Джанколі, Д. 2006. Фізика: Принципи застосування. 6-й.. Ед Прентис Холл.
• Запата, F (s.f) Постійна Больцмана: історія, рівняння, числення, вправи. Відновлено з: https://www.lifeder.com/constante-boltzmann/
• Національна мережа метрології (7 вересня 2007 р.) Нова методика вимірювання константи Больцмана. Відновлено з: http://www.metrologia.cl/link.cgi/Noticias/81
• Квантові казки (8 жовтня 2011 р.) Постійна і температура Больцмана. Відновлено з: https://cuentos-cuanticos.com/2011/10/08/constante-de-boltzmann-temperatura/