Boltzmann állandója és hőmérséklete; Kvantummesék
Ludwig Boltzmann úr
Zavart a hő és a munka fogalma. Úgy gondoljuk, hogy az ilyen zavart a definíciók, valamint az axiomatikus és empirikus elképzelések összevonása motiválja, amelyek keverednek, ha elmagyarázzák a termodinamikát.
Ebben a bejegyzésben, amely egyike lesz a Reflections on thermodinamics elnevezésű mini tanfolyamnak, megvitatjuk és elmondjuk véleményünket a Boltzmann-állandó jellegéről, amely mindig jelen van ezekben a kérdésekben. Azért választottuk ezt a témát, mert meg akarjuk adni azokat az érveket, amelyek miatt a hőmérséklet egyszerűen egy.
Hőfok
A hőmérséklet az energiaosztály átlaga, a transzlációs kinetikus energia mértéke.
Vagyis a molekulák energiájában különféle komponensek vannak. A molekulák általában három dolgot tehetnek:
1.- Egy molekula mozoghat. Tehát meglesz, hogy kinetikus energiája lesz (tömegközéppontjának kinetikus energiája).
2.- Egy molekula foroghat.
A molekulák általában háromdimenziós szerkezettel rendelkeznek, és különböző forgásirányúak lehetnek a tér különböző irányaiban, ami hozzájárul az energiához.
3.- Egy molekula rezeghet.
A molekulák kémiai kötésekkel összekötött atomok. Ezek a kötések nem merevek, de "rugókként" viselkednek, és a molekula rezgéseken eshet át.
Amit hőmérséklettel mérünk, az egy molekulasorozat átlagos transzlációs mozgási energiája.
Bizonyos molekulák kinetikus energiája magasabb lesz, mint másoké, de a hőmérséklet méri az átlagosan kinetikus energiájukat.
A hőmérséklet nem veszi figyelembe a többi alkatrészt, így a hőmérséklet mérése nem egyenértékű a rendszer belső energiájának mérésével. Vagy másképp fogalmazva, két azonos hőmérsékletű rendszernek nem kell azonos belső energiával rendelkeznie.
Az almák átlagos száma almában kifejezve?
Amikor átlagoljuk, az eredmény általában ugyanazokkal a dimenziókkal és egységekkel rendelkezik, mint az átlagolt fogalom, és itt "általában" ironikusan használják. Tehát nem kellene a hőmérsékletet energiaegységekben mérnünk? A válasz igen, de történelmileg csak viszonylag nemrégiben vettük észre, hogy a hőmérséklet a rendszerek energetikai elemének mértéke (Boltzmann és Gibbs munkája óta).