Constante de Boltzmann

En el área de las ciencias, encontramos muchas definiciones importantes relacionadas con el área de la física.  Una de ellas es la constante física, que representa el valor que posee una magnitud física cuyo valor se encuentra fijado en un determinado sistema de unidades y que prevalece de forma invariable durante los procesos físicos en el tiempo.  Existen muchas constantes físicas, una de ellas es conocida como la constante de Boltzmann.

Temas relacionados

Constante de Planck

¿Qué es la constante de Boltzmann?

La constante de Boltzmann es una constante que se encarga de relacionar la temperatura con la energía y estudia además el calor con la relación que posee con otros tipos diferentes de energía.

Características de la constante de Boltzmann

Las principales características de la constante de Boltzmann son las siguientes:

• Es considerado como un factor de proporcionalidad que se da entre la temperatura medida en unidades y unidades de energía.
• Su valor en el SI es de K = 1,38064852 (79) x 10 ^-23 J / K = 1,3806504 x 10 ^-16 ergios / K.
• Es una constante que se da entre los gases ideales.
• Expresa la relación que se da entre la energía media de una partícula y de su temperatura
• La constante es utilizada en las ecuaciones para describir las propiedades que tienen los gases.
• La constante de Boltzmann se expresa en julios por kelvin.
• La constante de Boltzmann aparece en muchas fórmulas, especialmente en las subdisciplinas de la física de la termodinámica y la mecánica estadística.
• La constante de Boltzmann cuenta las moléculas individuales en lugar del número de moles.

Para qué sirve la constante de Boltzmann

La constante de Boltzmann tiene muchos usos.  La constante de Boltzmann se encuentra estrechamente relacionada con la constante del gas ideal, ya que ambas son útiles para la ley del gas ideal para determinar la relación entre la presión, el volumen y el número de moléculas de gas y la temperatura.  Uno de ellos es en el área de la mecánica estadística y se utiliza para convertir de la versión teórica de la información de la entropía a la entropía termodinámica.  También es útil en la ecuación para la entropía con el objetivo de poder brindar una explicación más matemática de la misma.

Historia

Desarrollada durante las décadas de 1860 y 1870 por los físicos Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell.  A pesar de que Boltzmann logró vincular por primera vez la entropía y la probabilidad en el año 1877, esta relación nunca fue expresada por medio de una constate que fuera más específica sino hasta que Max Planck logró introducir por primera vez k ofreciendo un valor más exacto por medio de la ley de la radiación del cuerpo negro.  Antes del año 1900, las ecuaciones que incluían a los factores de Boltzmann no usaban ningún tipo de energía por molécula ni tampoco su constante sino que por el contrario incluían una forma constante de gas R y una serie de energías macroscópicas para la sustancia.

Durante la segunda mitad del siglo XIX, había un desacuerdo sobre si los átomos y las moléculas eran reales y si las moléculas que eran medidas por medio de los pesos atómicos eran lo mismo que las moléculas físicas.  En el año 2013, el Laboratorio Nacional de Física del Reino Unido usó las mediciones de microondas y de resonancia acústica para poder calcular la velocidad del sonido de un gas monoatómico en una cámara elipsoide triaxial y tener así un valor más preciso para la constante, como parte de la revisión del Sistema Internacional de Unidades.

Valor

El valor de la constante de Boltzmann es de aproximadamente 1.3807 x 10 ^-23 julios por kelvin (J · K ^-1).  Generalmente su valor se mide utilizando la determinación del valor aceptado por la constante de Boltzmann y se basa en la determinación de la constante universal de los gases R por medio de una técnica que mide la velocidad de propagación que posee una onda acústica en argón.  Actualmente su valor también puede ser medido por medio de una aplicación de la espectroscopía de absorción láser.

Importancia de la constante de Boltzmann

La constante de Boltzmann es importante porque ayuda a identificar la temperatura y la energía cinética relativa para cada molécula de gas.  Ayuda también a aclarar la relación que existe entre una corriente eléctrica y un potencial eléctrico, lo que resulta en un voltaje térmico observado en la unión p-n de los semiconductores.  Además, la constante de Boltzmann es uno de los números fundamentales que se utilizan para poder hacer una descripción sobre una relación esencialmente importante en la termodinámica molecular y la mecánica estadística.

Debido a que la constante de Boltzmann se expresa en términos de energía dividida por la temperatura, se compara con la expresión de entropía. La constante de Boltzmann ha sido clave para comprender cómo los microestados de un sistema están interrelacionados con sus macro estados y las proporciones en las que se produce el cambio. Este número esencial vincula la mecánica estadística de la entropía con la comprensión clásica de la entropía termodinámica.