بحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء

البحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء. الفيزياء من العلوم البارزة التي تسعى لشرح الأشياء الموجودة في الكون. أحد الثوابت المستخدمة الآن في عالم الفيزياء.

مقدمة لدراسة ثابت بولتزمان في الفيزياء

الفيزياء من العلوم التي لا يمكن التخلي عنها في مواقف الحياة اليومية، لأنها تشرح الأشياء من حولنا، والفيزياء هي السبب الرئيسي لاكتشاف أشياء كثيرة، وأهم هذه الاكتشافات هو ثابت بولتزمان، وهو واحد ؛ من القوانين التي لها تطبيقات عديدة.

انظر أيضًا: انتهى موضوع التعبير للفيزيائيين

ما هو قانون ستيفان بولتزمان؟

اكتشف العالم Stefan AD قانون ستيفان بولتزمان. في عام 1879، كان هذا القانون تجريبيًا، لكن النمساوي بولتزمان هو الذي أثبت ذلك رياضياً في عام 1884، بالاعتماد على عمليات ديناميكية حرارية دقيقة.
ترمز هذه العمليات الديناميكية الحرارية إلى أنها عملية تغيير تحدث في نظام حركة الحرارة من حالة إلى أخرى.
مثال على ذلك هو زيادة درجة حرارة النظام.
هذا القانون هو نقطة البداية التي يتم من خلالها الحصول على القوانين الحرارية التي يُتوقع أن تكون عليها الأرض، عندما تخضع الأرض لقانون الجسم الأسود.
أجرى عدد من العلماء أيضًا عددًا من الاشتقاقات الرياضية، ونتيجة لذلك، عند مقارنة درجة الحرارة الفعالة الواردة من الأرض ودرجة الحرارة الفعلية على الأرض، وجد أن درجة حرارة الأرض ترتفع بمقدار 33 درجة.
وعلى الرغم من ذلك، فإن متوسط درجة حرارة سطح الأرض هو 15 درجة مئوية، ويرجع ذلك إلى هذا الاختلاف والتفاوت الذي تسببه غازات الاحتباس الحراري، والتي تعمل على قفل درجة حرارة الأرض، مما يتسبب في عدم توازن 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 المنبعثة من جسم أسود، بالإضافة إلى مجموع أطوال موجاته، قد يزيد حسب درجة حرارة الجسم، وكذلك مساحته، بحيث يكون متناسبًا ؛ القوة الرابعة “.

ما هو الجسم الأسود؟

يشير الجسم الأسود في القانون إلى شخص أسود في حالة مثالية، ويمتص ذلك الجسم كل الضوء القادم إليه دون أن يعكس أيًا منه.
من الناحية النظرية، هذا يدل على أن هذا الجسم يجب أن يكون شديد السواد ولا ينبغي أن تنبعث منه أشعة، لكنه في الواقع لا يمكن أن يكون كذلك.
في الواقع، يُصدر الجسم الأسود إشعاعًا حراريًا، والذي يمكن أن يكون أحيانًا على شكل ضوء.
يمكن تطبيقه من خلال ثقب صغير في التجويف بشرط أن تكون درجة حرارة هذا التجويف ثابتة.
هذا لأنه إذا سقط أي شعاع على الحفرة، فإن التجويف سيمتصه بعد بضع انعكاسات بالداخل.
لذلك، يمكن أن يسمى الإشعاع الخارج من ثقب التجويف في الجدار بإشعاع الجسم الأسود.
كما أن هذا الجسم في هذه الحالة يعتبر جسداً مثالياً، ومن خلاله تتحقق 3 شروط، وهي:
أن كل الإشعاع الكهرومغناطيسي يمكنه امتصاص الضوء الساقط عليه.
يمكن أن يصدر الجسم الأسود إشعاعًا حراريًا يتناسب مع درجة حرارته في جميع الأطوال الموجية.
الإشعاع المنبعث من الجسم الأسود متساوٍ 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.
عندما يتم إعطاء الثابت، بمجرد معرفة درجة حرارة الغاز، يمكن استنتاج متوسط الطاقة الحركية لجزيء الغاز والذرة.
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.
6.022 × 1023 = ذلك.
والجدير بالذكر أن ثابت بولتزمان هو نفسه وحدات الانتروبيا، وهو ثابت سمي على اسم العالم النمساوي لودفيج بولتزمان.

انظر أيضًا: أبحاث درجة الحرارة والطاقة الحرارية في الفيزياء

الجزيئات في الحالة الغازية

يُعرَّف ثابت بولتزمان بأنه حلقة بين خصائص الجزيئات والحالة الغازية.
في حين أن قانون الغاز ينص على أن القانون المستخدم للغاز المثالي ينص على أن “ناتج ضغط الغاز ((P بالحجم V من الغاز)) يتناسب مع كمية المادة (n.) وكذلك درجة الحرارة المطلقة (T).
القانون: Pv = Nrt.
كيف يتم توزيع الطاقة بين الذرات؟
لنفترض أن هناك غازًا معزولًا عند درجة حرارة مطلقة ((T)، فإن كل ذرة في الغاز سيكون لها متوسط طاقة حركية تقدر بـ kT / 2.
هذا يتوافق مع جميع الاتجاهات التي يتوقع أن تتحرك الذرة فيها.
وبالنظر إلى أن الذرة تشبه نقطة كروية، فإن لها 3 اتجاهات تتحرك فيها والمحاور هي “x و y و y”.
يمكن تبسيطها إلى الطاقة الحركية للذرة في الغاز، مما ينتج عنه جداول 1 و 5 كيلو طن، أي 2.07 × 10−21.

توزيع الطاقة بين الجزيئات

تطبيق القانون على غاز مثالي، بحيث يتكون الغاز من ذرات مفردة، بحيث يكون لها شكل نقطي، بالإضافة إلى حقيقة أن حجم هذه الذرات لا يكاد يذكر مقارنة بحجم الذرات. وبهذا تحصل على درجات من حرية الحركة.
هناك 3 محاور لاتجاهات حركة الذرة على المحاور “س، ص، ع”.
الطاقة الحركية للذرة =
بشكل عام، في حالة تكوين الغاز من الجزيئات، يمكن للمرء الاعتماد على هذه المعادلة، وبافتراض أن لكل جزيء إمكانية الحركة F، فإن متوسط الطاقة الحركية للجزيء هو:
من هذا يتضح أن إمكانية حركة جزيء يتكون من ذرتين هي 3 احتمالات للحركة تحدث في ثلاثة محاور.
2 – إمكانية حدوث حركة دورانية للجزيء حول “مركز الثقل”، وكذلك حركة اهتزازية واحدة عبر الرابطة، إذن.
متوسط الطاقة الحركية للجزيء =
كما تزداد درجات حرية حركة الجزيئات المكونة من 3 ذرات أو أكثر.
من هذا نستنتج أن الحرارة النوعية للماء مرتفعة نسبيًا، وهذا يرجع إلى حقيقة أن جزيء الماء مثلث.
بالإضافة إلى حركاتها الدورانية والترجمة، هناك أيضًا عدد كبير من الحركات الاهتزازية.
لذلك، نجد أن الحرارة النوعية للماء مرتفعة نسبيًا لأن جزيء الماء ثلاثي الشكل، وإلى جانب حركته الانتقالية والدورانية، فإنه يحتوي على عدد كبير من الحركات الاهتزازية الأخرى.

أنظر أيضا: بحوث التوازن الكيميائي والديناميكي في الفيزياء

استنتاج البحث عن ثابت بولتزمان في الفيزياء

الفيزياء عالم كبير جدًا لا يمكن معرفته إلا من خلال الدراسة والغوص فيه، ولكن ما نقول للشباب هو التعرف على قوانين الفيزياء الرائعة حتى يتمكنوا من اكتشاف الظواهر التي تحدث أمام أعيننا وثابت بولتزمان. هو أحد هذه القوانين المثيرة للاهتمام التي يجب معرفتها.