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玻尔兹曼常数 概念释义：符号为k或kB，是有关于温度及能量的一个物理常数。 我们都知道，水往低处流，因为重力在起作用。重力也是一种力，在起作用的时候，常常让人感觉它来自于地球的中心。然而，在近代科学萌芽之前，并非每一种现象都能够像“水往低处流”一样得到合理的解释。比如，“在一杯热水中就会融化的冰块为何永远无法在一杯温水中自动形成”这样的问题，就始终是19世纪物理学研究中的难题。 问题的答案，最终由奥地利物理学家路德维格·玻尔兹曼给出。他在研究中发现：热能在一杯温水的分子间消散的方式，要比在一杯加了冰块的热水中更多。 从玻尔兹曼的研究中可以看到，自然界是一个稳健的玩家，它在绝大多数情况下都会选择最有可能的方式行事。波尔兹曼常数就说明了这一点：无序总是多过于有序，搞乱一间屋子的方法总是多过收拾整洁，随意融化一块冰的难度总是低于让它依照有序的结构凝结。 此外，包含了玻尔兹曼常数的玻尔兹曼熵方程，也解释了“感觉会出错，一定会出错”的墨菲法则：并不是什么邪恶的力量导致你走向错误和失败，仅仅只是因为事情变坏的可能性在数量上远远多于变好而已。 热力学常数编辑玻尔兹曼常量系热力学的一个基本常量，记为“K”，数值为：K=1.3806488(13)×10^-23J/K[1] ，玻尔兹曼常量可以推导得到，理想气体常数R等于玻尔兹曼常数乘以阿伏伽德罗常数。 推导过程编辑从气体动理论的观点来看，理想气体是最简单的气体，其微观模型有三条假设： 1.分子本身的大小比分子间的平均距离小得多，分子可视为质点，它们遵从牛顿运动定律。 2.分子与分子间或分子与器壁间的碰撞是完全弹性的。 3.除碰撞瞬间外，分子间的相互作用力可忽略不计，重力的影响也可忽略不计。因此在相邻两次碰撞之间，分子做匀速直线运动。单个分子在一次碰撞中对器壁上单位面积的冲量： I=2m·vx vx为x方向上的速度分量.这一次碰撞的时间为2a╱vx，故单位时间内的碰撞次数为vx╱2a。 所以单位时间内该分子对该器壁的冲量为： (2m·vx)(vx/2a)=m·vx²/a. 而vx²=vy²=vz²=(1/3)v²,故单位时间内容器内所有分子对该器壁的压强 p=N×(1/3)m·v²/(a×b×c)= (1/3)N·m·v²/V， 由于分子平动动能Ek=(1/2)m·v²故， p=(1/3)N·m·v²/V=(2N/3V)Ek。V为体积。该式即为理想气体的压强公式。 而理想气体状态方程P=N/V×(R/N')×T，其中N为分子数，N'为阿伏加德罗常数，定义R/N'为玻尔兹曼常数k，有：P=NkT╱V，即：PV=nRT=nN'kT[2] . 应用编辑熵函数熵可以定义为玻尔兹曼常数乘以系统分子的状态数的对数值： S=k㏑Ω 这个公式是统计学的中心概念 理想气体常数理想气体常数等于玻尔兹曼常数与阿伏伽德罗常数的乘积： R=kN 数值及单位为：（SI制，2002 CODATA 值） k = 1.3806505(24) × 10^-23 J/K 括号内为误差值，原则上玻尔兹曼常数为导出的物理常数，其值由其他物理常数及绝对温度单位的定义所决定。 理想气体温度理想气体的压强公式为p=(1/3)Nmv2/V=(2N/3V)Ek，V为体积。而理想气体状态方程P=N/V*(R/N0)*T，其中N为分子数，N0为阿伏加德罗常数，定义R/N0为玻尔兹曼常数k，因此有 P=（N/V)kT 故(1/3)Nmv2/V=（N/V)kT，（1/2)mv2=(3/2)kT，即 Ek=(3/2)kT。 可以看到，温度完全由气体分子运动的平均平动动能决定。也就是说，宏观测量的温度完全和微观的分子运动的平均平动动能相对应，或者说，大量分子的平均平动动能的统计表现就是温度（如果只考虑分子的平动的话）。从上面的公式，我们还可以看到，如果已知气体的温度，就可以反过来求出处在这个温度下的分子的平动速度的平方的平均值，这个平均值开方就得到所谓方均根速率。 ——文章参考：百度百科／网络 |
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