بحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء. الفيزياء من العلوم البارزة التي تحاول شرح الأشياء الموجودة في الكون. من الثوابت المستخدمة في عالم الفيزياء اليوم.
جدول المحتويات
مقدمة للبحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء
الفيزياء من العلوم التي لا يمكن الاستغناء عنها في المواقف اليومية لأنها تشرح الأشياء من حولنا والفيزياء هي السبب الرئيسي لاكتشاف أشياء كثيرة ومن أهم هذه الاكتشافات ثابت بولتزمان وهو أحد أهم القوانين التي لها استخدامات عديدة.
أنظر أيضا: موضوع تعبير للفيزيائيين كاملا
ما هو قانون ستيفان بولتزمان؟
- اكتشف العالم ستيفان بولتزمان قانون ستيفان بولتزمان في عام 1879 م وكان هذا القانون تجريبيًا، لكن بولتزمان النمساوي هو الذي أثبته رياضياً في عام 1884، معتمداً على عمليات ديناميكية حرارية دقيقة.
- ترمز هذه العمليات الديناميكية الحرارية إلى أنها عملية التغيير التي تحدث في نظام الحركة الحرارية من حالة إلى أخرى.
- مثال على ذلك هو زيادة درجة حرارة النظام.
- هذا القانون هو البداية التي تم من خلالها تحقيق قوانين الحرارة، والتي من المتوقع أن تكون الأرض عليها إذا كانت الأرض تخضع لقانون الجسم الأسود.
- قام عدد من العلماء أيضًا بعمل سلسلة من الاشتقاقات الرياضية التي كشفت، عند مقارنة درجة الحرارة الفعالة الموجودة من الأرض وتلك التي تقع فيها الأرض بالفعل، أن درجة حرارة الأرض تزداد بمقدار 33 درجة.
- وبالرغم من ذلك فإن متوسط درجة حرارة سطح الأرض هو 15 درجة مئوية وهذا يرجع إلى هذا الاختلاف والتفاوت الذي تسببه غازات الاحتباس الحراري التي تساعد على تثبيت درجة حرارة الأرض مسببة خللاً في قانون التوازن.
- وعندما تعاون العالم مع ستيفان بولتزمان، أدى ذلك إلى تطور كبير في القانون وإثبات صحة هذا القانون، وسمي قانون ستيفان بولتزمان.
- ينص القانون العام على أن “مجموع الطاقة الكلية المنبعثة من الجسم الأسود، بالإضافة إلى مجموع أطوال موجاته، قد يزيد حسب درجة حرارة الجسم ومساحته، بحيث يتناسب مع القوة الرابعة. “
ما هو الجسم الأسود؟
- الجسم الأسود الذي يشير إليه القانون يشير إلى الجسم الأسود في الحالة المثالية، وهذا الجسم يمتص كل الضوء الذي يسقط عليه دون حدوث انعكاس.
- من الناحية النظرية، هذا يعني أن هذا الجسم يجب أن يكون شديد السواد ولا ينبغي أن تنبعث منه أشعة، لكن في الواقع لا يمكن أن يكون هذا.
- في الواقع، يبعث الجسم الأسود شعاعًا من الحرارة، والذي يمكن أن يكون أحيانًا على شكل ضوء.
- يمكن تطبيقه من خلال ثقب صغير في تجويف بشرط أن تكون درجة حرارة ذلك التجويف ثابتة.
- هذا لأنه عندما يسقط الإشعاع على الحفرة، يمتصه التجويف بعد عمل العديد من الانعكاسات في الداخل.
- لذلك، يمكن الإشارة إلى الإشعاع المنبعث من الفتحة الموجودة في تجويف الجدار باسم إشعاع الجسم الأسود.
- أيضا في هذه الحالة يعتبر هذا الجسم جسما مثاليا، ويتوافر فيه 3 شروط، وهي:
- أن أي إشعاع كهرومغناطيسي يمكنه امتصاص الضوء الساقط عليه.
- يمكن أن يصدر الجسم الأسود إشعاعًا حراريًا في جميع الأطوال الموجية، والتي تتناسب مع درجة حرارته.
- الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود هو نفسه في جميع الاتجاهات لأن له خصائص متماسكة.
ثابت بولتزمان
- ثابت بولتزمان هو أحد الثوابت الفيزيائية التي تحدد العلاقة بين الطاقة الكلية للجزيء أو طاقة الذرة في الحالة الغازية ودرجة الحرارة.
- بالنظر إلى الثابت، بمجرد معرفة درجة حرارة الغاز، يمكن اشتقاق متوسط الطاقة الحركية للجزيء والذرة في الغاز.
- هذا القانون هو نتاج قسمة ثابت الغاز المعروف باسم R على رقم أفوجادرو، والمشار إليه بـ NA.
- القانون: NA / K = R
- ثابت الغاز (R) = 8.314 جول / كلفن / مول.
- 6022 × 1023 = ذلك.
- يشار إلى أن ثابت بولتزمان مطابق لوحدات الانتروبيا، وهو ثابت معروف باسم العالم النمساوي لودفيج بولتزمان.
انظر أيضًا: بحث عن درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء
الجزيئات في الحالة الغازية
- يُعرَّف ثابت بولتزمان بأنه الحلقة بين الجزيئات وخصائص الحالة الغازية.
- حيث ينص قانون الغاز على أن القانون المستخدم في حالة الغاز المثالي ينص على أن “ناتج ضغط الغاز ((P مضروبًا في حجم الغاز V)) يتناسب مع كمية المادة (n) مثل وكذلك درجة الحرارة المطلقة (T).
- القانون: Pv = Nrt.
- كيف يتم توزيع الطاقة بين الذرات؟
- بافتراض وجود غاز معزول عند درجة حرارة مطلقة ((T)، فإن كل ذرة موجودة في الغاز لها متوسط طاقة حركية تقدر بـ kT / 2.
- هذا يناسب أي اتجاه تريد أن تتحرك الذرة فيه.
- وبالنظر إلى أن الذرة تشبه النقطة الكروية، فإن لها 3 اتجاهات تتحرك فيها والمحاور هي “x و y و y”.
- يمكن حسابها بشكل مبسط من الطاقة الحركية للذرة في الغاز، مما يؤدي إلى 1 و 5 كيلو طن، أي 2.07 × 10−21 جداول.
توزيع الطاقة بين الجزيئات
- في حالة تطبيق القانون على غاز مثالي، بحيث يتكون هذا الغاز من ذرات فردية بحيث تكون شبيهة بالنقطة، والأكثر من ذلك، أن حجم هذه الذرات لا يُذكر بالنسبة لحجم الغاز، وبالتالي يحصل المرء على درجات من حرية الحركة.
- هناك 3 محاور لاتجاهات حركة الذرة على المحاور “س، ص، ع”.
- الطاقة الحركية للذرة =
- بشكل عام، من الممكن الاعتماد على هذه المعادلة في حالة تكوين الغاز من الجزيئات، وبافتراض أن كل جزيء له جهد حركي F، فإن متوسط الطاقة الحركية للجزيء يكون على النحو التالي:
- من هذا يتضح أن إمكانية حركة جزيء يتكون من ذرتين هي 3 احتمالات للحركة، والتي تحدث في المحاور الثلاثة.
- 2 – إمكانية حدوث حركة دورانية للجزيء حول “مركز الثقل”، وكذلك حركة اهتزازية عبر الشريط، إذًا يكون:
- يعني الطاقة الحركية للجزيء =
- تتزايد أيضًا درجات الحرية لحركة الجزيئات المكونة من 3 ذرات أو أكثر.
- من هذا نستنتج أن الحرارة النوعية للماء مرتفعة نسبيًا، وهذا يرجع إلى حقيقة أن جزيء الماء له شكل مثلث.
- بالإضافة إلى حركتها الدورانية والترجمة، هناك أيضًا مجموعة متنوعة من الحركات الاهتزازية.
- لذلك، نجد أن الحرارة النوعية للماء مرتفعة نسبيًا، لأن جزيء الماء له شكل مثلث، بالإضافة إلى حركته الانتقالية والدورانية، لديه عدد كبير من الحركات الاهتزازية الأخرى.
أنظر أيضا: بحث عن التوازن الكيميائي والديناميكي في الفيزياء
استكمال التحقيق في ثابت بولتزمان في الفيزياء
الفيزياء عالم كبير جدًا لا يمكن معرفته إلا من خلال الدراسة والانغماس، لكننا نطلب من الشباب التعرف على قوانين الفيزياء الرائعة حتى يتمكنوا من التعرف على الظواهر التي تحدث أمام أعيننا، وثابت بولتزمان هو أحد تلك القوانين المثيرة للاهتمام يجب أن يعرف.