Константата на Болцман и температурата; Квантови приказки
Г-н Лудвиг Болцман
Има объркване относно понятията топлина и работа. Ние вярваме, че такова объркване е мотивирано от обединяването на определения и аксиоматични и емпирични идеи, които се смесват, когато се обяснява термодинамиката.
В този пост, който ще бъде един от онези, които ще съставят мини-курс, наречен Размисли за термодинамиката, ще обсъдим и ще дадем нашето мнение за характера на константата на Болцман, която винаги присъства в тези въпроси. Избрахме тази тема, защото искаме да дадем аргументите защо температурата е просто мярка за енергията (от някакъв вид) на системата.
Температура
Температурата е мярката за средната стойност на енергиен клас, транслационна кинетична енергия.
Тоест молекулите имат различни компоненти в енергията си. Молекулите обикновено могат да направят три неща:
1. - Молекулата може да се движи. Така че ще имаме, че неговата кинетична енергия ще бъде (кинетична енергия на центъра на масата).
2. - Молекулата може да се върти.
Молекулите като цяло имат триизмерна структура и могат да имат различни завъртания в различни посоки на пространството, което допринася за енергия.
3. - Молекулата може да вибрира.
Молекулите са набор от атоми, свързани с химически връзки. Тези връзки не са твърди, но се държат като "пружини" и молекулата може да претърпи вибрации.
Това, което измерваме с температурата, е средната транслационна кинетична енергия на набор от молекули.
Някои молекули ще имат по-висока кинетична енергия от други, но това, което измерва температурата, е точно тяхната кинетична енергия средно.
Температурата не отчита останалите компоненти, така че измерването на температурата не е равносилно на измерване на вътрешната енергия на системата. Или казано по друг начин, две системи с еднаква температура не трябва да имат еднаква вътрешна енергия.
Е средният брой ябълки, изразен в ябълки?
Когато осредняваме, резултатът обикновено има същите измерения и единици като осреднената концепция и тук "общо" се използва иронично. Така че не трябва ли да измерваме температурата в енергийни единици? Отговорът е да, но в исторически план не сме осъзнавали, че температурата е мярка за енергиен компонент на системите до относително скоро (от работата на Болцман и Гибс).