Hằng số boltzmann

     

CHƯƠNG 7

HẰNG SỐ BOLTZMANN

Mặc dù tôi có thể nhớ lại các sự kiện thời thơ ấu của mình liên hệ với

những mặt khác nhau của khoa học, cơ mà không có nhiều sự kiện tương quan đến

nhiệt. Tôi nhớ tất cả lần chà bộ bàn là năng lượng điện lên bàn để là rồi bị một dấu bỏng nhỏ tuổi hình

tam giác (mẹ tôi đã trị bằng cách thoa bơ lên, hồi những năm 1940 nước đá không hẳn là thuốc chữa bách bệnh dịch như sau này), với tôi học tập được rằng rất nhiều nên cẩn thận hơn lúc ở gần phần đông vật khôn xiết nóng nói chung. Tôi còn nhớ đang tự hỏi vì sao vào một ngày lúc nào cũng ẩm ướt tắm nước nóng lại thấy thoải mái hơn. Tôi lấy mẫu nhiệt kế mà

cha mẹ tôi dùng để làm đo sức nóng độ khung người của tôi rồi dán nó vào cái phòng tắm chứa đầy

nước ấm, cùng tôi bao gồm chút bất ngờ rằng sức nóng độ khung hình của tôi khi tôi mắc bệnh còn cao

hơn ánh sáng thể hiện tại trong bồn tắm. Cha tôi là fan chút kỹ năng và kiến thức cơ bản, ông

giải phù hợp với tôi rằng thời tiết nóng ẩm gây nặng nề chịu bởi vì cơ thể thường hạ ánh nắng mặt trời tự nhiên bằng phương pháp đổ mồ hôi, cùng vào ngày ẩm ướt thì khung người khó đổ mồ hôi

hơn. Ý tức là vậy. Và, trả sử ánh sáng trong nước rét hơn khoảng tầm 310 kelvin

(đại khái là nhiệt độ khung người của bạn), các bạn sẽ bị mất sức nóng sang nước khi bạn ngâm

mình trong đó, và các bạn thật sự bao gồm đổ mồ hôi (từ gần như phần khung người của chúng ta không

ngâm trong nước). Gồm những câu hỏi có lẽ nằm ngoài tài năng trả lời của khoa học, ví dụ như tại sao lũ ông thích hợp tắm vòi sen còn thanh nữ lại say mê tắm bồn. Nhưng, nếu như tất cả cái mà họ biết, thì đó đó là nhiệt.

Bạn đang xem: Hằng số boltzmann

Nhiên liệu và những lí thuyết nhiệt

Giống như ánh sáng, thực chất của nhiệt là một mối bận lòng chính của khoa học trong suốt một thời hạn dài. Tín đồ Hi Lạp, vớ nhiên, cho là lửa là một trong những nguyên tố cơ bản, và vì chưng lửa trong khi không thể khác nhau với nhiệt,

nên nhiệt độ cũng được xem là một chất. Đây là một quan điểm được xem như xét nghiêm

túc trong hàng nắm kỉ, với lí thuyết hậu Newton thứ nhất tích phù hợp quan điểm này là

thuyết nhiên liệu, xuất xứ từ Johann Becher và về sau được cách tân và phát triển thêm bởi

Georg Stahl vào thời điểm cuối thế kỉ mười bảy. Lí thuyết ấy nhận định rằng những chất hoàn toàn có thể đốt cháy đều sở hữu chứa nhiên liệu cháy (phlogiston), một chất không màu, không trọng lượng được giải phóng vào mức cháy, kế tiếp người ta nói hóa học này bị cháy hết.

Những hóa học dễ cháy thì bao gồm giàu nhiên liệu.

Muốn phê bình một lí thuyết sai trái trong thừa khứ là ko khó, nhưng

thuyết nhiên liệu lý giải được – trong chừng mực nào đó – sự cháy lẫn sự gỉ sét,

trong kia sắt hình như có thêm vật gì đó. Khi 1 chất cháy vào một không khí kín, ví như trong một cái chai hình chuông, thì sự cháy sớm dừng lại, và đây được mang đến là vật chứng rằng không khí đã hấp thụ lượng tối đa nhiên liệu mà

nó rất có thể hấp thụ, giống hệt như một miếng xốp chỉ thấm một lượng nước tuyệt nhất định.

Người ta cũng xem xét thấy khi sự cháy xảy ra trong một không khí kín, thì những

sinh vật sống không thể thở được, vì thế thuyết nhiên liệu trong khi cũng phần

nào giải thích sự hô hấp, vày không khí đang hấp thụ vô số nhiên liệu từ cơ thể nên nó thiết yếu thở được.

Ngày nay bọn họ biết rằng các chất cháy vì chưng sự xuất hiện của oxygen, một

thực tế đã được chứng minh một phương pháp thuyết phục do những thí điểm của nhà

hóa học fan Pháp Antoine Lavoisier một cầm kỉ sau đó. Tò mò trên là kết

quả của một gắng kỉ bận rộn của ngành hóa học. Các chất khí dưới dạng nguyên tố

đã được tách li cùng nghiên cứu, với thiết bị đo đã có thể chấp nhận được các chất khí được khối lượng chính xác, nên Lavoisier có thể minh chứng rằng trọng lượng oxygen bị mất trong không khí đúng bởi trọng lượng mà đa số chất bị cháy thu được – và sự

cháy quan yếu nào xẩy ra nếu như không có oxygen. Núm là thoát ra khỏi thuyết

nhiên liệu – với ngành hóa học đưa sang thuyết chất nhiệt.

Thuyết chất nhiệt của Lavoisier cho rằng một hóa học lỏng gọi là caloric thật sự

là chất nhiệt, rằng vũ trụ đựng một lượng caloric không đổi, với nó luôn luôn chảy

từ gần như vật nóng hơn sang những vật lạnh lẽo hơn. Theo Lavoisier, một bóc cà phê nóng gửi sang âm ấm, vì chưng phần caloric dư trong tách bóc cà phê vẫn chảy ra làm nóng xung quanh, và một chất khí giãn nở ra khi nóng lên là do sự kêt nạp caloric

làm mang lại nó lớn hơn. Lí thuyết chất nhiệt không đúng, cơ mà nó thật sự làm giỏi công

việc cho phép các đo lường được triển khai liên quan mang đến nhiệt độ sau cuối của

hỗn hợp; dẫu sao, thuyết hóa học nhiệt trội hơn đáng kể so cùng với thuyết nhiên liệu, và gồm những phần tử của nó ngày nay bọn họ vẫn còn giữ lại lại.

Hai việc pha trộn dễ dàng và đơn giản sẽ xác thực giá trị của thuyết chất nhiệt. Trả sử với mỗi độ bách phân nhưng một gram nước tăng lên, nó nhận vào một đơn vị

caloric, với với từng độ bách phân mà một gram nước giảm đi, nó mất một solo vị

caloric. Nếu chúng ta trộn 100 gram nước nghỉ ngơi 40 độ bách phân cùng với 50 gram nước ở

10 độ, thì ánh sáng T của các thành phần hỗn hợp sẽ là bao nhiêu? 100 gram nước sinh hoạt 40 độ đã mất

100 × (40 – T) đơn vị chức năng caloric, với 50 gram nước ở 10 độ sẽ thu vào 50 × (T – 10) đơn vị caloric. Do lượng caloric bị mất bởi nước nóng bởi với lượng caloric mà nước rét thu vào, phải ta có

100 × (40 – T) = 50 × (T – 10)

4.000 – 100T = 50 T – 50

4.500 = 150T

30 = T

Vậy nhiệt độ cuối cùng của tất cả hổn hợp là 30 độ. Nếu chúng ta dùng 100 gram nhôm nghỉ ngơi 40 độ cố kỉnh cho 100 gram nước trong lếu hợp, từ thí nghiệm ta sẽ tìm thấy

nhiệt độ của các thành phần hỗn hợp là 19 độ. Rõ ràng nhôm tất cả một tốc độ thu nhiệt độ hoặc mất

nhiệt khác, chính vì như vậy hãy trả sử một gram nhôm thu vào hoặc không đủ c đơn vị caloric

với từng độ bách phân mà nó nóng dần lên hoặc lạnh lẽo đi. 50 gram nước vẫn thu vào 50 ×

(19 – 10) = 450 đơn vị chức năng caloric, còn 100 gram nhôm đã mất đi c × 100 × (40 – 19) = 2.100 c đơn vị caloric. Một lượt nữa, lượng caloric bị mất vị nhôm bằng với lượng caloric cơ mà nước thu vào, yêu cầu 2.100 c = 450, suy ra c = 450 / 2.100 = 0,214.

Dần dần dần theo thời gian, caloric chuyển thành calorie, đó là đơn vị hệ mét

cho năng lượng, và tuy vậy bị sửa chữa bằng đơn vị chức năng joule trong hệ giám sát và đo lường hiện

đại, tuy vậy nó vẫn hiện hữu trên nhãn mác của sản phẩm thực phẩm có mặt ở hồ hết nơi. Một calorie là lượng nhiệt cần thiết để có tác dụng tăng một gram nước lên thêm một độ bách phân. Miếng bánh xốp nhỏ tuổi mà tôi ăn trước lúc viết phần mục này có chứa 80

calorie “lớn” – một calorie lớn bằng 1.000 calorie “nhỏ”, cho nên miếng bánh đó có

chứa đầy đủ năng lượng để triển khai nóng 1 kilogam nước tự 10 độ C (50 độ Fahrenheit) lên 90

độ C (194 độ Fahrenheit). Con số 0,214 mà chúng ta thu được mang lại nhôm thật ra là một thông số gọi là “nhiệt dung riêng”; nhiệt độ dung riêng rẽ của nước là 1,000 cùng của nhôm là 0,215 (thật ra, nhiệt độ độ ở đầu cuối của hỗn hợp nhôm-nước nghỉ ngơi trên là 19,02 độ mà lại tôi đã làm tròn số để thực hiện đo lường và thống kê các số lượng cho dễ). Con số này

thể hiện thực tiễn là chỉ cần 0,215 calorie để làm nóng một gram nhôm lên thêm một

độ C – cùng cũng phân tích và lý giải tại sao khi chúng ta đun nước trong ấm nhôm ở trên lò, các bạn có

thể bị bỏng ngón tay khi chạm vào nhôm tuy nhiên còn thọ nữa thì nước bắt đầu sôi.

Lực, Công cùng Năng lượng

Lực làm biến đổi vạn vật. Trước hết là chúng làm biến đổi vị trí của vạn vật;

lực thu hút của Trái đất hút quả hãng apple từ trên cây xuống, lực năng lượng điện hút các điện tích

trái vết lại gần với đẩy các điện tích thuộc dấu ra xa nhau. Tuy nhiên, định luật

quán tính của Newton trong gồm chút sâu sắc hơn thế: nó phát biểu rằng một thứ đang hoạt động tiếp tục chuyển động ở một tốc độ không thay đổi trừ khi bị tác dụng bởi một lực. Chiếc mà một lực thực hiện là làm chuyển đổi động lượng của vật.

Động lượng là tích của khối lượng và vận tốc, cùng vì trọng lượng không vắt đổi,

ngoại trừ một trong những trường đúng theo khi vận dụng thuyết tương đối Einstein, cho

nên tính năng chung của lực là làm phát triển thành thiên gia tốc của vật. Sự biến thiên vận tốc

là cái họ gọi là gia tốc.

Bạn cần tính năng một lực nhằm nâng một khối lượng 3 kg (trên mặt đất, nó có

trọng lượng khoảng chừng 29 newton) 1 lên khỏi mặt đất 2 m. Các nhà vật lí đo lượng cố

gắng mà lại bạn chi ra khi thao tác làm việc này bằng phương pháp mô tả thành quả của doanh nghiệp là 2 × 29 =

58 Nm công sức. Ví như một lực F ko đổi chức năng trên một quãng mặt đường d thì

tổng công W đã thực hiện được cho bởi vì W = F × d. Áp dụng giải tích cho phép

chúng ta lựa chọn phương trình cơ bạn dạng này và khái quát hóa nó cho mọi tình huống

khi lực không phải là hằng số và lối đi không độc nhất vô nhị thiết là trực tiếp - ví như công triển khai khi xách một thùng nước rỉ đi lên một lan can xoắn.

Vậy thì tích điện bước vào bức tranh trên tại đoạn nào? thật vậy, chủ yếu xác

ra thì tích điện là vật gì chứ? Từ tích điện (energy) có xuất xứ từ giờ đồng hồ Hi Lạp

energeia, tức là “công hiệu” tốt “thực hiện tại công”. Người thứ nhất định lượng

năng lượng có lẽ rằng là Gottfried Leibniz, một fan đương thời của Newton với là

người đối đầu phát minh ra giải tích (thật ra, cả hai tín đồ họ đã đi được tới không hề ít quan điểm giống như nhau gần như là là đồng thời, dẫu vậy Newton hay được thừa nhận là cha đẻ của giải tích).

Không trở ngại gì để thấy năng lượng rất có thể đi vào tranh ảnh trên như thế

nào. Trả sử một vật dụng có khối lượng m đang vận động với tốc độ không thay đổi a

trong một khoảng thời gian T trong đó vận tốc của nó phát triển thành thiên từ giá chỉ trị lúc đầu v mang lại giá trị cuối cùng V. Lực công dụng lên đồ dùng là ma; cho cho nên hãy giả sử lực đó làm vật di chuyển một khoảng D thế nào cho tổng công thực hiện trên đồ vật là maD. Vì gia tốc là ko đổi, V = v + aT, cần a = (V – v) / T. Vị vận tốc tăng lên với tốc độ không

đổi, cần quãng lối đi trong thời hạn T rất có thể tính bằng phẳng tốc trung bình (V +

v) / 2 nhân cùng với T. Do đó

W = maD

= m × (V – v) / T × ((V + v) / 2)T

= ½ m(V – v)(V + v)

= ½ mV 2 – ½ mv 2

Vậy công triển khai được cho bởi vì hiệu thân ½ mV 2 với ½ mv 2 ; giống như là

chúng ta vừa dàn xếp hiệu của các đại lượng này đến công thực hiện, kiểu như hệt

như là khi ta thiết lập một tách cà phê làm việc Starbucks, ta phải hội đàm hiệu giữa túi tiền

sau lúc mua và ví tiền trước khi mua cho tách cà phê kia vậy.

Đại lượng ½ mv 2 là chiếc được gọi là cồn năng; nó chỉ lộ diện khi một vật

đang chuyển động, chính vì v = 0 trường hợp nó ko đang chuyển động. Vì vận tốc là

tương đối đối với một hệ quy chiếu tuyệt nhất định, do đó động năng cũng thế. Nếu khách hàng vẫn sẽ ngồi trong xe hơi đang chạy 60 dặm từng giờ, thì bạn không có động năng so với cái xe đang vận động đó tuy vậy đồng thời bạn có rượu cồn năng

tương đối lớn so với phương diện đường, và chính vì thế nếu như xe cộ bị va quẹt, thì rượu cồn năng

của bạn phải gửi sang đâu đó, và xuất sắc hơn không còn là nó được đưa sang dây an

toàn hoặc túi khí chứ đừng gửi cho mẫu chắn bùn và tấm chắn gió của xe.

Có một loại năng lượng khác ko được phân biệt trong phép tính trên đây.

Albert Einstein đang nêu một ví dụ tuyệt của năng lượng này trong cuốn sách của

ông Sự cải tiến và phát triển của trang bị lí học tập 2 . Hãy tưởng tượng tất cả một con lăn để nằm yên tại

điểm cao nhất của một mặt đường ray hình chữ U. Nói chung nó không có động năng

– do nó không có vận tốc so với đường ray – dẫu vậy nó bao gồm một lượng nhỏ tuổi thế năng

có sẵn trường đoản cú việc làm cho trường lôi kéo của Trái đất thực hiện công lên nó. Và, tất

nhiên, trường thu hút của Trái khu đất sẽ thực hiện công đó, cùng tại chân mặt đường ray 1 phần năng lượng từ trường lôi cuốn của Trái đất đã gửi thành đụng năng khi con lăn đạt mức vận tốc cao nhất của nó. Rồi con lăn trèo lên dốc bên kia, động

năng vẫn mất đi từ nhỏ lăn đang chuyển động khi tốc độ của nó giảm sẽ chuyển

thành vắt năng tăng dần khi bạn đi lên rất cao so với mặt đất, bắt đầu của chũm năng

đó. Và cứ thế, năng lượng chuyển hóa tự dạng này sang trọng dạng kia, cho tới lui hoài hoài.

Nhưng hành trình dài đó sau cuối phải kết thúc. Thoạt đầu dường như như nó có thể vận động mãi mãi – với một vài nhỏ lăn mặt đường ray nhưng mà tôi từng chơi, thường xuyên là trước mặt những người dân tôi không thích mất mặt, như bạn gái chẳng hạn, gồm vẻ

chuyển cồn mãi mãi. Tuy nhiên, bao gồm một con kì đà không giống trong cuộc đua năng

lượng giữa động năng và thế năng – chính là ma sát. Hoạt động của dòng xe trên

đường ray làm đường ray tăng cao lên do ma sát, và vào thời điểm cuối thế kỉ mười tám, kiến thức và kỹ năng này đang mở đường cho lí thuyết nhiệt cồn lực học hiện nay đại.

Nguyên lí đầu tiên của nhiệt cồn lực học

Hồi chuông cáo tầm thường cho lí thuyết “nhiệt là một chất” có thể tìm thấy trong một bài bác báo của ngài Benjamin Thompson, thường được biết tới nhiều hơn thế với danh hiệu bá tước Rumford. (Tôi thiếu hiểu biết nhiều vì sao những nhà khoa học có danh hiệu

thường theo luồng thông tin có sẵn tới với thương hiệu chứ chưa phải tên thật của họ; tôi đoán đó

một truyền thống châu Âu.) Rumford, một bề tôi anh quốc trung thành xứ New

Hampshire, đã bay sang Mĩ sau hiệp nghị Paris đến Munich, tại đó ông vẫn nghiên

cứu sản xuất đại bác. Dịp ấy, đại chưng được chế tạo bằng cách khoan một chiếc lỗ hình tròn trong một trụ thép. Mạt kim loại văng ra lúc khoan là cực kì nóng – Rumford sẽ thực sự triển khai những phép đo chi tiết nhiệt độ của các mảnh vụn kim

loại này. Dòng Rumford thấy là ví như nhiệt là 1 chất, như lí thuyết chất nhiệt khẳng

định, thì nó quan trọng được sinh ra vô hạn như sự khoan đại bác cho thấy. Ông

cho ra mắt các quan tiếp giáp và ước đoán của ông vào năm 1798 trong bài báo khoa

học đặc biệt nhất của ông, Một điều tra khảo sát thực nghiệm về bắt đầu của sức nóng sinh ra

do ma gần kề 3 . Với người hâm mộ nào của Một điều tra thực nghiệm vẫn còn đấy bám đem quan điểm

rằng nhiệt là một trong những chất, Rumford vẫn tung ra một đòn hạ đo ván. “Cái tốt nhất thiết nên bổ sung”, ông viết, “là chiếc mà bất kì một đồ cô lập, xuất xắc hệ vật, có thể tiếp tục cung

cấp ko hạn chế, chẳng thể nào là 1 chất; và đối với tôi trong khi cực kì khó,

nếu không nói là không thể, suy nghĩ tới một chiếc gì đó, có công dụng được xuất hiện và

truyền đi, theo phong cách nhiệt được sinh ra và truyền đi trong những thí nghiệm này,

trừ khi nó là sự chuyển động.” 4

Rumford nêu đúng – tuy nhiên ông không sở hữu và nhận ra đúng mực có bao nhiêu cách

khác nhau ông nêu đúng, cùng dẫn tới gần như hệ quả gì. Nếu cầm cố kỉ mười bảy được

đặc trưng bởi vì sự ra đời của cơ học và nạm kỉ mười tám là sự phát triển của hóa học,

thì nỗ lực kỉ mười chín hoàn toàn có thể xem là vắt kỉ vào đó năng lượng ở những dạng thức

của nó được người ta nắm rõ và khai thác.

James Joule làm việc tiền phương của cuộc biện pháp mạng này. Sinh ra để triển khai một ông chủ hãng bia, ông cùng anh trai của mình được dạy dỗ kèm tận nơi bởi công ty khoa học

John Dalton. Cứ mang đến là nhiều nhà kỹ thuật và nhà toán học phệ nhận dạy dỗ kèm tại

nhà để tăng lên thu nhập của họ, nhưng việc làm này y như chuyện

Alexander Đại đế mướn Aristotle làm cho thầy dạy hình học tập của ông. Dalton bị bỗng dưng quỵ

sau hai năm làm các bước này, tuy vậy thiên hướng kỹ thuật và phương thức của

ông còn lại dấu ấn lâu hơn với Joule.

Đóng góp to lớn nhất của Joule là câu hỏi ông nhận biết rằng đa số dạng không giống nhau của năng lượng là tương tự theo nghĩa y hệt như những loại tiền tệ

khác nhau là tương đương. Đồng đô la cùng đồng euro là đông đảo dạng khác nhau

của đồng xu tiền – bọn chúng trông không giống nhau, nhưng mà rốt cuộc bao gồm một tỉ giá đưa đổi

giữa hai đồng tiền cho phép chúng ta so sánh mệnh giá khi chúng được nêu ở

dạng tiền tệ này hoặc dạng kia. Quan ngay cạnh của Joule được phạt biểu rất rõ ràng

trong bài bác báo kinh điển năm 1845 của ông, “Về tương tự cơ học của nhiệt” 5 , trong

đó Joule thừa nhận xét rằng “sức bạo phổi cơ giới chức năng làm tảo một máy năng lượng điện từ

được trở thành nhiệt bởi vì sự đi qua của không ít dòng điện chạm màn hình qua những

cuộn dây của nó; và, khía cạnh khác… sức buổi giao lưu của động cơ năng lượng điện từ nhận được do

sự tiêu hao nhiệt do các phản ứng hóa học của pin sạc nguồn nhưng mà nhờ đó nó hoạt

động.” 6

Joule đã chế tạo một vật dụng rất đơn giản, trong các số đó một vật dụng rơi có tác dụng quay một chiếc guồng nhấn trong một bể cất nước. Cơ năng từ đồ gia dụng rơi được chuyển đổi thành

nhiệt vì sự khuấy nước, cùng Joule vẫn tiến hành một vài phép đo tìm hiểu ra tốc độ

chuyển đổi đó. Ngày nay, thật cực nhọc mà tưởng tượng gồm một cuộc dàn xếp khoa học

giữa một viện hàn lâm và một ông nhà hãng bia, nhưng hai bạn đó chạm chán nhau dễ

dàng hơn những ở vương quốc anh thế kỉ mười chín, và trong những người khách hàng Joule mời cho tới trong buổi thuyết trình vào khoảng thời gian 1847 tại Hội liên minh Anh ở Oxford là William Thomson, vị gs triết học tự nhiên mới được bổ nhiệm tại trường

đại học Glasgow. Thomson, về sau trở thành huân tước đoạt Kelvin, bị thôi thúc trước

những kết quả của Joule. Joule lấy vợ vào thời điểm năm sau đó, và trong lúc ông và cô dâu

của mình đã hưởng tuần trăng khía cạnh ở Chamonix, bất thần họ chạy mang đến nhà Thomson. Ck của cô dâu, ví dụ là một kẻ lãng mạn, bỏ dở tuần trăng mật để ông với Thosom bao gồm thể cố gắng đo sự chênh lệch ánh sáng giữa đỉnh với chân một thác nước cao 1200 foot. Tôi ko thấy tài liệu như thế nào ghi chép gì về phản ứng của

Amanda, cơ mà rồi tôi cũng chẳng search thấy ghi chép nào nói chuyện này có ảnh

hưởng đến cuộc sống đời thường của vợ ông chồng ông nhà hãng bia.

Buồn thay, vk và đàn bà của Joule lìa đời vào năm năm sau đó. Joule tiếp

tục phân tích với Thomson – thiệt vậy, ông với Thomson vẫn phát hiện thấy khi

một chất khí được phép giãn nở mà không tiến hành công, ánh nắng mặt trời của nó bớt đi, cùng như vậy ở đầu cuối đưa tới sự làm lạnh. Thật ko hay, niềm đam mê công nghệ của ông cũng mang lại sự ủy quyền hãng bia gia đình; may mắn

thay, ông đạt được một suất hưu công dân Anh – không tồn tại gia đình, ông gồm thể

sống thoải mái cho đến khi qua đời. Công trình nghiên cứu mà nhờ đó ông được

biết tới những nhất được tự khắc trên chiêu tập bia của ông. Công cơ học, như vẫn trình bày tại phần đầu chương này, có thể đo theo newton-mét, nhưng các nhà đồ lí fan Anh nắm kỉ mười chín lại thích áp dụng foot-pound. Nghiên cứu của Joule chỉ rõ vũ trụ đổi khác công cơ học thành sức nóng năng như vậy nào, vào gần như ngày ấy

nhiệt năng được đo theo đơn vị nhiệt của anh ấy (BTU), được định nghĩa là lượng

nhiệt quan trọng để làm cho 1 pound nước tăng thêm thêm 1 độ Fahrenheit sinh sống áp suất

khí quyển. Con số ghi bên trên bia tuyển mộ của Joule là 772,55, cùng nó tưởng niệm một thí

nghiệm ông đã tiến hành vào năm 1878, lúc ông chứng minh rằng phải 772,55 footpound công để tạo thành 1 BTU.

Mặc mặc dù 772,55 foot-pound bên trên độ Fahrenheit thỉnh phảng phất được hotline là hằng

số Joule, tuy nhiên nó không phải là một trong những hằng số thật sự, theo ý nghĩa hiểu trong

quyển sách này, nó thật ra chỉ là một trong dạng không giống của sức nóng dung riêng biệt của nước.

Mọi chất đều có chúng, và tuy vậy nước là một trong những phân tử cực kì quan trọng trên Trái đất, nhưng bạn cũng có thể chắc chắn rằng, nếu có một sinh đồ tiến hóa trên đại lý methane tương đương như chúng ta tiến hóa dựa vào nước, thì nhiệt dung riêng rẽ của methane sẽ cố gắng vào chỗ hằng số Joule.

Hằng số Joule có lẽ rằng không thật sự cơ bản, nhưng mà nó trực tiếp chuyển đến

nguyên lí đầu tiên của nhiệt cồn lực học, nguyên lí phát biểu rằng năng lượng có

thể gửi hóa xuất phát điểm từ một dạng này qua 1 dạng không giống – ví dụ như cơ băng thay đổi thành nhiệt, hoặc rượu cồn năng biến thành thế năng – nhưng cấp thiết tự xuất hiện hoặc mất đi. Nếu bọn họ chọn một cái nhìn không giống vào bé lăn đường ray của Einstein và ban đầu với con lăn trên vị trí tối đa của nó, thì tích điện toàn phần

của nó hầu hết là ráng năng. Lần trước tiên nó lăn xuống chân dốc tạo ra một lượng nhiệt

nhất định qua sự ma sát trên tuyến đường ray. Tại chân dốc, năng lượng toàn phần của

hệ là tổng rượu cồn năng của nó, nhiệt độ năng sinh ra do ma sát, và thay năng nhỏ tuổi hơn vì

nó sống gần vai trung phong Trái đất hơn. Khi bé lăn leo lên dốc, nó lại sinh thêm nhiệt bởi vì sự ma

sát, và hiệu quả là nó cấp thiết leo lên tới độ cao ban đầu của nó, vày để leo lên đỉnh sẽ đòi hỏi năng lượng toàn phần bằng với tích điện mà hệ có ban sơ trước khi bước đầu lăn – và một trong những phần năng lượng đó đã tiêu tán bên dưới dạng nhiệt.

Xem thêm: Top 7 Cách Tăng Fps Pubg Mobile Pc Tencent Gaming Buddy Hiệu Quả

Nguyên lí đồ vật hai của nhiệt đụng lực học

Những dạng khác biệt của tích điện là có thể hoán đảo sang lại, nhưng có vẻ như như dải ngân hà vẫn ưu ái nhiệt năng hơn. Tương đối dễ biến đổi cơ năng thành sức nóng – thật vậy, vấn đề này xảy ra cả tự vạc lẫn không ý muốn muốn. Lúc cơ năng bị biến

đổi thành nhiệt, thường thì năng lượng tiêu hao theo nghĩa là họ không thể

làm gì cùng với nó nữa. Trở về với nhỏ lăn đường ray của Einstein, sự ma giáp làm nóng

đường ray, nhưng điều ấy có xuất xắc ho gì không? Nói như vậy chưa phải là không

thực hiện được cái ngược lại: kể từ khi phát minh ra hộp động cơ hơi nước đầu tiên, bọn họ đã cùng đang biến hóa nhiệt thành cơ năng. Kinh nghiệm này vẫn cung cấp năng lượng cho sự đi lại của chúng ta thông qua động cơ đốt trong nghỉ ngơi xe tương đối và động cơ

phản lực ở sản phẩm bay, mà lại nó không kết quả lắm, theo nghĩa là đa phần lượng

nhiệt bị lãng phí. Trong bộ động cơ đốt trong, chất khí nóng lên trong xilanh giãn nở;

sự co và giãn này làm đẩy một piston nối với hệ thống truyền rượu cồn của xe pháo hơi, và

qua một khối hệ thống khéo léo gồm các trục cùng cam, hoạt động tới lui của piston được biến hóa thành vận động quay của các bánh xe. Mặc dù nhiên, lúc chất khí lạnh đẩy piston lên thì thành xilanh cũng trở nên nóng – điều ấy không gồm lợi. Quá

nhiều nhiệt độ sẽ có tác dụng vênh thành xilanh, buộc phải xilanh đề nghị được chất bôi trơn để sút ma

sát. Tuy nhiên, phần nhiệt độ dư phải lấn sân vào đâu đó kế bên sự co và giãn của chất khí

trong xilanh, và vì thế xe hơi của bạn có một khối hệ thống làm mát phức hợp để ngăn

lượng sức nóng dư làm bong tróc thiết bị.

Câu hỏi một hộp động cơ nhiệt hoàn toàn có thể hiệu quả từng nào lần đầu tiên được nghiên cứu bởi Sadi Carnot, một nhà vật dụng lí người Pháp và là 1 trong những kĩ sư quân sự.

Một quan sát khó hiểu tuy nhiên cũ rích về năng lượng nhiệt là các động cơ nhiệt

hoạt động bằng cách làm nóng đồ vật gi đó; nếu đông đảo thứ có nhiệt độ bằng nhau thì

không bao gồm cách làm sao trích ra lượng nhiệt độ đó. Trong phân tích của Joule trong số ấy vật

nặng rơi làm nước rét lên, một khi nước đã nóng dần lên thì không tồn tại cách sử dụng

phần nhiệt kia trừ khi nó có thể chảy sang trọng cái nào đấy nguội hơn. Vũ trụ đổi khác qua lại giữa cồn năng và nỗ lực năng với hiệu quả đáng nói - lúc 1 hành tinh tiến mang đến gần mặt trời, gắng năng mà nó tất cả chuyển thành đụng năng của chính nó vì khi đó theo các

định quy định Kepler thì nó chuyển động nhanh hơn lên; khi nó rời khỏi xa mặt trời, động

năng của nó chuyển đổi thành chũm năng. Sự biến hóa này có tác dụng cao, vì những hành

tinh gần như là vẫn giữ nguyên quỹ đạo trong số rất nhiều năm.

Mặt khác, khi trộn nước lạnh với nước đá thì kết quả cuối cùng là một trong những cốc

nước âm nóng – và trước đó chưa từng ai chứng kiến thấy nước đá tự phát lộ diện trong

một cốc nước âm ấm cùng thời điểm với phần nước không đóng băng thành nước đá thì

nóng lên. Siêu phẩm của Carnot, phần nhiều phản ánh về sức đụng của lửa, 7 trình bày hiện

tượng này một biện pháp súc tích. “Sự tạo ra sức động”, Carnot viết, “trong các động

cơ hơi nước, vì chưng đó, ko phải là việc tiêu hao thiệt sự của chất nhiệt mà là sự việc vận

chuyển nó từ thứ nóng sang đồ lạnh”. 8 tuy nhiên Carnot sử dụng lí thuyết hóa học nhiệt

để sử dụng các kết quả và quan giáp của ông, nhưng những quan điểm của ông hòa bình với lí thuyết kia – mặc dù nhiệt là một trong những chất như hóa học nhiệt hay một dạng năng

lượng, thì sức rượu cồn chỉ rất có thể được sinh ra vì chưng sự vận chuyển của nhiệt xuất phát điểm từ một vật

nóng quý phái một vật lạnh.

Các nguyên lí của nhiệt đụng lực học lúc đầu phát sinh từ quan giáp và thực

nghiệm, không y hệt như định hình thức bảo toàn tích điện trong cơ học, đó là một trong những suy luận toán học từ các định luật chuyển động của Newton. Quan ngay cạnh của Carnot, trích dẫn trong khúc trên, chắc rằng quá nổi tiếng nên chẳng ai thật sự rảnh mà lại xét đến

tầm đặc biệt quan trọng của nó; hầu hết thứ trong khi lạnh đi tự phát, nhưng yên cầu có sức

động của lửa để triển khai cho vạn đồ gia dụng nóng lên. Phát biểu bao gồm thức thứ nhất của

nguyên lí vật dụng hai của nhiệt rượu cồn lực học tập là của nhà vật lí fan Đức Rudolf Clausius, ông tuyên bố rằng nhiệt cần thiết chảy từ bỏ phát xuất phát từ 1 chất lạnh lẽo sang một chất nóng hơn – không đúng mực như biện pháp Carnot trình bày, nhưng gần như vậy. Thật ra chắc hẳn rằng Carnot đã trình bày cụm từ này do vậy – nhưng chúng ta sẽ

không lúc nào biết được, vày ông đã chết thật do bệnh dịch tả trong tuổi 36, và các sách vở

và nhà cửa viết tay của ông đã bị thiêu hủy với ông trong một cố gắng nỗ lực nhằm

ngăn cản dịch bệnh lây lan lây lan.

Có những dạng thức không giống nhau của nguyên lí sản phẩm hai của nhiệt đụng lực học. Dạng nổi tiếng nhất là theo huân tước đoạt Kelvin, ông gửi nó vào những quá trình trong đó nhiệt được thay đổi thành công (xét mang lại cùng kia là dòng một động cơ nhiệt

thực hiện). Dạng thức của ông của nguyên lí hai là một trong những động cơ nhiệt ko thể

hoạt hễ với công suất hoàn hảo, biến hóa toàn bộ nhiệt thành công. Một cách dễ

hiểu trình bày nguyên lí thứ nhất là các bạn không thể nào luôn luôn thắng cờ bạc đãi được;

không có cách làm sao lấy năng lượng tự vì chưng từ vũ trụ. Phát biểu nguyên lí vật dụng hai của Kelvin rất có thể trình bày cho dễ nắm bắt là bạn không thể trốn thuế được; vũ trụ, y hệt như Cục thuế các khoản thu nhập Nhiệt khổng lồ, yên cầu nộp thuế nhiệt khi chúng ta cố gắng

khai thác công từ bỏ nhiệt.

Có lẽ dạng thức kích đam mê sự tò mò nhất của nguyên lí đồ vật hai là từ một

hàm toán học vì Clausius sáng tạo ra, chiếc ông hotline là entropy. Tôi thao tác chung với một số trong những bạn trẻ hết sức sáng dạ, và vừa qua có một chúng ta đã hỏi tôi entropy là mẫu gì. Câu hỏi khiến tôi buộc phải vội lật tìm kiếm một quan niệm trực giác của entropy, cùng tôi tìm kiếm thấy một quan niệm thật sự phù hợp – entropy là một số đo lượng năng lượng

không thể áp dụng trong một hệ. Nếu bọn họ nhìn vào ví dụ chiếc cốc cất nước

đá cùng nước nóng trở nên cái cốc cất nước ấm, thì phân biệt trong cái cốc chứa

nước ấm có khá nhiều năng lượng ko thể thực hiện hơn, vì thế entropy của chính nó lớn

hơn entropy ở dòng cốc chứa nước nóng và nước đá. Clausius có mang entropy của một hệ là tổng của những đại lượng ∆Q / T, trong số ấy T là nhiệt độ của một mục trong cuốn sổ ghi nhiệt mang lại hệ, và ∆Q là lượng sức nóng thu vào hay mất đi do mục kia - ∆Q dương ví như mục kia thu nhiệt với âm ví như mục đó mất nhiệt.

Ví dụ, hãy tưởng tượng một hệ tất cả hai vật dụng trong đó, một vật dụng ở 100 độ, và vật

kia sống 200 độ. Mang sử họ tính entropy của nó, rồi sau đó cho phép một sự trao

đổi nhiệt; vật ở 200 độ trao 1 calorie mang đến vật sống 100 độ. Entropy đã đổi mới thiên +1/100 (vì trang bị ở 100 độ kêt nạp calorie đó) – 1/200 (vì trang bị ở 200 độ mất calorie đó). Độ biến đổi thiên toàn phần là + 1/100 – 1/200 = 1/200 > 0, cần entropy của toàn hệ đã tăng

lên. Vì chưng nhiệt luôn luôn luôn truyền từ đồ nóng sang vật lạnh hơn, cần sự thảo luận này

tiêu biểu cho cái luôn luôn xảy ra; entropy luôn luôn tăng.

Kết quả này đưa tới một khái niệm điện thoại tư vấn là “cái chết nhiệt của vũ trụ”. Điều gì xảy ra khi mọi điều đình nhiệt rất có thể đều đã làm được thực hiện, và vạn trang bị có ánh nắng mặt trời bằng nhau hết? Câu trả lời của nhiệt động lực học tập là đơn giản dễ dàng thôi – ko có

gì cả, nó viết thế. Entropy hoàn toàn có thể tăng lên cao bao nhiêu cũng được, với không có

cách nào để nó sút đi. Chết choc nhiệt – thật vậy, nó thật sự là một cái chết lạnh lẽo lẽo

– ám chỉ thực tiễn rằng không có thêm công làm sao nữa rất có thể được tiến hành khi

entropy đã chiếm lĩnh tới cực to của nó.

Một thắc mắc lớn vẫn không được trả lời, đó bởi vì sao nhiệt luôn luôn truyền từ đồ vật nóng hơn sang đồ vật lạnh hơn?

Ludwig Boltzmann

Câu vấn đáp cho câu hỏi vì sao nhiệt độ truyền từ đồ gia dụng nóng rộng sang đồ vật lạnh hơn có từ trong số những nhà khoa học lỗi lạc nhất cơ mà tôi ước ao được gặp. Trong những niềm vui lúc viết một quyển sách như thế này là bạn phải phát âm một số

tác phẩm trọn vẹn về những nhỏ người cũng như các đi khám phá. Khi gọi tài liệu

về Ludwig Boltzmann, tôi bị thu hút vày sự hết sức triển khai xong của cá thể ông,

không chỉ là một nhà khoa học, ông còn là 1 con người đa tài.

Tôi là một trong con đỉa dính dai dẳng với phần nhiều ai bao gồm óc khôi hài. Sự vui nhộn của Boltzmann mang tính chất huyền thoại – tối thiểu là trong cái vòng bạn bè và kỹ năng và kiến thức của ông. Đó là hình dạng khôi hài dịu nhàng với hạ thấp bản thân hiếm chạm mặt trong thời

đại ngày nay. Ông diễn đạt một bữa tối sang chảnh mà ông tham dự như vậy này, “Trong

nhà mặt hàng ở trạm Northwestern, tôi đã chén bát một bé heo sữa xoay với dưa cải bắp

và quả cà chua và uống hết vài ly bia thiệt đã. Tâm trí của tôi so với những con số,

những dịp khác thì rất có thể tin cậy được, không quên số ly bia khá tệ”. 9 Nói chung,

ông đã có một cuộc hôn nhân hạnh phúc, mang lại cho ông cha cô đàn bà để ông thường tổ chức triển khai khiêu vũ (hãy nhớ là đây gắng kỉ mười chín) trong đó ông là

người nghịch piano. Ông liên tục sống trong yến tiệc. Một đồng nghiệp đã mô

tả ông như sau, “Nhờ khả năng giao tiếp của ông, sự chuẩn bị hóm hỉnh của ông

cùng hầu như ý tưởng khôn khéo và vui nhộn của ông, ông gấp rút trở thành tâm

điểm thu hút thiếu phụ và quý ông, và chiếm lĩnh cuộc trò chuyện.” 10

Hiếm lúc một nhà khoa học hàng đầu cũng là một thầy giáo sản phẩm đầu. Tôi từng may mắn được biết một vài nhà toán học sản phẩm đầu, và tuy nhiên một vài người

trong số bọn họ là những người dân thầy thật gớm khủng, tuy vậy số sót lại thì hết sức kinh

khủng luôn. Tuy nhiên, Boltzmann nằm trong lớp fan dẫn đầu ở cả 2 lĩnh vực. Một

trong phần đa học trò của ông là Lise Meitner, người sau đây giữ vai trò quan trọng

trong trong số những thí nghiệm lịch sử dân tộc định hình ráng kỉ nhị mươi: tìm hiểu ra sự phân hạch phân tử nhân. Meitner tham dự các khóa giảng của Boltzmann trong bốn năm, từ bỏ 1902 mang lại 1905, và đã viết như thế này, “Những bài xích giảng của ông là hay

nhất và sống động nhất nhưng tôi từng nghe… bạn dạng thân ông say mê phần nhiều thứ ông dạy

đến mức những lần bước thoát ra khỏi lớp chúng tôi đều có cảm hứng rằng một cố giới

tuyệt vời và hoàn toàn mới mẻ đã mở ra trước mắt chúng tôi.” 11 là 1 thầy giáo,

tôi chẳng thể tưởng tượng tất cả lời khen nào xứng đáng giá không những thế nữa.

Trước lúc tôi bước đầu viết quyển sách này, tôi chỉ biết đến Boltzmann tự những tìm hiểu của ông – và từ chết choc của ông. Boltzmann bị suy sụp tinh thần

nghiêm trọng, tuy nhiên khó hoàn toàn có thể tưởng tượng trường đoản cú phần biểu hiện ở trên, và vào một

dịp nghỉ ngơi ở ngay gần Trieste, ông vẫn treo cổ từ vẫn. Lần thứ nhất tôi biết về Boltzmann,

và về tử vong của ông, là thời gian tôi đã học một lớp thơ ca trong số đó tôi bao gồm đọc bài

thơ Richard Cory, của Edward Arlington Robinson. Nhân vật Richard Cory là 1 trong người phong phú ở một thị xã nghèo; bài bác thơ bên trên là lời đề cập ngôi thứ nhất của giữa những người dân thị xã nghèo. Khổ thơ cuối cứ dính lấy tôi trong suốt

cuộc đời tôi, chắc hẳn rằng do sự gần kề với việc nghiên cứu và phân tích những vật phẩm của

Boltzmann cùng đọc về hành vi tự cạnh bên của ông.

Và cứ thế, chúng tôi đi làm cho và mong ngóng ánh sáng

Chiều về gặm bánh mì không giết cũng chẳng rau

Rồi Richard Cory, một tối hè tĩnh lặng

Trở về nhà, một vạc đạn xuyên màn đêm 12

Buồn cầm cố cho những cá nhân lỗi lạc như Wallace Carothers cùng Ludwig

Boltzmann, giữa áp lực nặng nề dòng đời họ chưa bao giờ nói gì hơn, nhãn quan và sự cân

bằng xúc cảm của họ sầm uất đến nút họ chả biết phải làm cái gi khác ngoài vấn đề kết liễu cuộc đời mình. Thật là một trong những sự mất mát cho phần nhiều ai suy xét họ, và dồn phần còn lại trong số những người chúng ta cũng có thể hưởng lợi tự những mày mò mà

họ đang thực hiện.

Cơ học thống kê

Boltzmann là bạn rất ủng hộ thuyết nguyên tử. Trường đoản cú tầm nhìn của vắt kỉ hai mươi mốt, vấn đề đó nghe tất cả chút như là có tín đồ ủng hộ thuyết nhật trọng tâm do

Copernicus đồng tình đầu tiên; chính là lí thuyết kết cấu của đồ dùng chất. Tuy nhiên, vào

thời đại Boltzmann, thuyết nguyên tử - và phiên bản thân Boltzmann – đang chịu đựng sự tấn

công liên tiếp từ một vài nhà thiết bị lí rất có uy tín; chính việc lúc nào cũng phòng thủ

có lẽ là một trong những nguyên nhân khiến Boltzmann bị suy sụp tinh thần.

Nếu như các bạn tin, như Boltzmann sẽ tin, vào cực hiếm của thuyết nguyên tử, và

bạn biết, như Boltzmann đã biết, số Avogadro mập bao nhiêu, các bạn sẽ nhận ra rằng

sự miêu tả một lít khí tưởng bên dưới dạng một tập hợp gồm chừng 10 23 phân tử - 10 23

vật thể cá biệt - là trọn vẹn không thể. Ngay cả việc lần theo đường đi của một

phân tử trong mớ láo loạn này cũng là trọn vẹn không thể. Boltzmann là một

trong những người có công góp phần chính cho cơ học tập thống kê, một ngành mang cái brand name thích đáng áp dụng toán học tập thống kê mang lại cơ học tập của hành trạng của phân tử khí.

Người ta tất yêu mô tả hoạt động kinh tế của nước Mĩ bằng cách cố sức

mô tả vận động kinh tế của từng cá nhân. Có rất nhiều số liệu. Tuy nhiên, chúng

ta hoàn toàn có thể tạo ra một phân bổ cho đều biến kinh tế quan trọng, ví như bao nhiêu

phần trăm người có thu nhập hàng năm từ 50.000 đến 75.000 USD, vân vân. Đây là một trong những mô tả không hoàn chỉnh, cơ mà nó đáp ứng được những mục đích. Điều tương tự hoàn toàn có thể thực hiện tại với các phân tử vào một chai hóa học khí, với nhiều mục

đích thực tế, việc biết phân bổ vị trí và gia tốc của các phân tử, ví dụ như bao

nhiêu tỷ lệ đang hoạt động từ 30 cho 35 cm/s, sẽ đủ để trình bày hệ. Đây là

cách tiếp cận của cơ học thống kê, cùng trong quy trình tiến độ cuối rứa kỉ mười chín, cách

tiếp cận này đang ghi được rất nhiều thành tựu. Một trong những chúng là sự khám phá ra hằng số Boltzmann, hằng số tương tác năng lượng của từng hạt với nhiệt độ của cả vật.

Hằng số Boltzmann

Boltzmann chẳng phải làm gì vất vả để có hằng số của ông, call là k; ông chỉ đơn giản đem chia hằng số khí lí tưởng R mang lại số Avogadro. Tuy nhiên, hằng số Boltzmann mở ra trong một vài phương trình đặc biệt trong thuyết động

học hóa học khí, cơ học tập thống kê, cùng nhiệt cồn lực học, và cho phép họ xử lí

toán học tập với thực tiễn là mang dù bạn cũng có thể nói về đặc trưng toàn diện của một

hệ - ví dụ như nhiệt độ của một bình chứa khí – chứ chưa hẳn mọi phân tử trong

nó đều có năng lượng bằng nhau. Các phân tử vào một bình đựng khí, chẳng hạn, va đập tự dưng lên nhau, và phần nhiều va đụng này có tác dụng cho một số trong những phân tử hoạt động nhanh hơn tốc độ trung bình, và một số trong những thì chuyển động chậm hơn.

Tuy nhiên, cồn năng tịnh tiến trung bình mà lại một phân tử solo nguyên tử có

trong một hóa học khí lí tưởng rất có thể biểu diễn là 3/2 kT, trong những số ấy T là ánh sáng tính

theo kelvin. Vì động năng tịnh tiến của phân tử có trọng lượng m và gia tốc v là ½

mv 2 , bắt buộc giả sử không có năng lượng bị tiêu hao do chuyển động quay thì ta có

3/2 kT = ½ mv 2 . Chính vì như vậy nhiệt độ tăng theo bình phương gia tốc của phân tử.

Giải phương trình cho T, ta có T = 1/3 mv 2 /k. Độ không tuyệt đối hoàn hảo là trường

hợp quan trọng đặc biệt khi v = 0, dẫu vậy đặt v = c có lẽ đưa mang lại cho họ cái lôi kéo hơn

– sức nóng độ cao nhất mà bất cứ một hóa học nào đó rất có thể đạt tới. Hãy xét radon, chất

khí trơ nặng nhất. Ở đk thường, những khí trơ rất gần với khí lí tưởng, chúng

được call là trơ bởi vì chúng thi thoảng khi thúc đẩy với đông đảo nguyên tố khác, phần lớn

các khí trơ khó liên tưởng với phần đông nguyên tố bình thường. Một mol radon có

khối lượng khoảng tầm 222 gram, buộc phải một nguyên tử radon nặng nề 222 / (6 × 10 23 ) = 3,7 ×

10 -25 kg. Tốc độ của ánh nắng là khoảng tầm 3 × 10 8 m/s, đề xuất nếu có thể làm mang lại một

nguyên tử radon chuyển động nhanh ngay gần bằng vận tốc ánh sáng, thì ánh sáng của

nó đang là 1/3 × (3,7 × 10 -25 ) × (3 × 10 8 ) 2 / 1,38 × 10 -23 kelvin, hay khoảng tầm 2,7 × 10 14

kelvin, xuất xắc 4,8 × 10 14 độ Fahrenheit. Thật gớm khủng. Mặc dù nhiên, đều ai trong

chúng ta từng sinh sống dưới chuẩn chỉnh thế giới rất có thể cảm thấy yên ủi phần nào tại vị trí trong địa ngục đó cũng chẳng nóng như vậy này, cho tới nay tôi chưa biết có lí thuyết thần học tập nào ưng ý rằng âm ti là gồm các nguyên tử radon lao vút

đi sinh sống gần tốc độ ánh sáng.

Trở lại với một tập hợp các phân tử trong một chất khí lí tưởng, Boltzmann

đã có thể chỉ ra rằng số lượng phân tử vào một chất khí lí tưởng có năng lượng E

là tỉ trọng với e -E/kT . Gần như giá trị khác nhau của T mang đến những con đường cong khác

nhau, nhưng – nói cho đơn giản dễ dàng hóa đi một ít – đại khái trông chúng đều phải sở hữu dạng đường cong hình chuông. Với phần nhiều giá trị phải chăng của T, những đường cong có

một cực đại trung trung tâm rất hẹp, khi T tăng thì đường cong đó thấp hơn và phẳng

hơn. Điều này không có gì bất ngờ; với sức nóng độ càng cao thì những phân tử chuyển

động càng nhanh, và nếu khách hàng nhìn đi ra đường nơi giới hạn vận tốc là 30 dặm/giờ, rất

nhiều xe thật sự đang hoạt động gần 30 dặm/giờ, dẫu vậy khi giới hạn vận tốc là

70 dặm/giờ thì mấy núm bà bà, hay chẳng tương đương tẹo nào với bộc lộ trong bài bác hát

“Tiểu thiếu thốn phụ Pasadena”, 13 hoàn toàn có thể đang chạy xấp xỉ 50 dặm/giờ, còn mấy cô

lỡ thì chạy chừng 60, trong lúc thanh thiếu hụt niên và người lái xe xe hơi thể thao thì

chạy trên số lượng giới hạn tốc độ.

Cái chủ lực cho hằng số Boltzmann là phương trình có thể tìm thấy trên bia

mộ của ông. Hằng số Boltzmann được màn biểu diễn theo cùng đơn vị chức năng với entropy, cái các bạn sẽ nhớ lại thừa nhận là tổng nhiệt phân chia cho nhiệt độ độ. Để đọc phương trình Boltzmann, hãy xét một mẫu mã thật sự nhỏ dại một hóa học khí lí tưởng với nhị phân tử, A

và B. đưa sử A đang chuyển động 50 cm/s với B đang hoạt động 100 cm/s.

Chúng ta đo ánh sáng của hóa học khí đó cùng thấy nó bao gồm một cực hiếm nhất định, ta kí hiệu

là T. Giả dụ phân tử A đang vận động 100 cm/s cùng B đang chuyển động 50 cm/s và chúng ta đo nhiệt độ độ, chúng ta cũng đang thu về ánh sáng T. Quý giá của T được gọi là 1 trạng thái vĩ mô của hệ, hai sắp đến xếp tốc độ của A cùng của B (50 cm/s cùng 100 cm/s) được gọi là hầu như trạng thái vi mô tương ứng với trạng thái mô hình lớn T. Rõ ràng,

khi các bạn có chừng một mol chất khí lí tưởng, có tương đối nhiều trạng thái vi tế bào tương

ứng với cùng 1 trạng thái vĩ mô. Nhiệt độ độ càng tốt thì càng có tương đối nhiều trạng thái

vi mô tương ứng với một trạng thái vĩ mô. Một lượt nữa, một hóa học khí là

giống như xe chạy trên đường, các bạn có nhiều phương pháp để có 100 xe hoạt động với tốc

độ vừa đủ 50 dặm/giờ hơn là để sở hữu tốc độ vừa phải 10 dặm/giờ.

Mối contact này được màn trình diễn bởi phương trình S = k lnW, trong số ấy S là entropy, k là hằng số Boltzmann, cùng W là số trạng thái vi mô khớp ứng trạng thái

vĩ mô mang lại entropy S. Bức tranh trạng thái vi mô-trạng thái mô hình lớn cuối cùng

còn giải thích tại sao nhiệt truyền từ đồ dùng nóng rộng sang đồ vật lạnh hơn. Đó 1-1 giản

là vụ việc xác suất. Từng trạng thái vi mô có tác dụng y giống như mọi tâm lý vi

mô khác, nhưng lại trạng thái mô hình lớn mô tả do một cốc nước ấm có tương đối nhiều trạng thái vi mô đi với nó hơn trạng thái mô hình lớn mô tả bởi cấu hình nước đá cùng nước nóng. Loại thú vị là vấn đề này cũng mở ra kĩ năng cho ly nước ấm tách ra thành cốc

chứa nước đá với nước nóng – vấn đề là kỹ năng này hiếm tới cả chúng ta

chưa từng chú ý thấy, cùng nó sẽ không xảy ra nhìn trong suốt tuổi thọ của vũ trụ.

Như tôi đã chú ý ở trên, hằng số Boltzmann là yêu thương của nhì hằng số cơ bạn dạng khác – cả nhị hằng số đó bọn họ đã tất cả nói qua. Điều này trông có chút không lớn tát, tuy nhiên nó không hẳn là quan niệm lớn tuyệt nhất trong khoa học mà nhờ đó loại trông y như sự đảo lộn lại của các thành phần đã biết trước kia thật sự

đủ xuất sắc để nó được lấy tên riêng theo con bạn đã đảo lộn nó. đầu tiên tiên

tôi bắt gặp tình huống này là lúc tôi thấy công ty toán học cùng nhà khoa học người

Pháp d’Alembert lấy phương trình F = ma trường đoản cú định nguyên lý hai Newton, trừ nhị vế cho

ma nhằm thu được F – ma = 0, cùng phương trình này được đặt tên lại là nguyên lí công ảo buổi tối thiểu d’Alembert. Tôi vừa thấy sợ vừa thấy lí thú – có lẽ rằng đây là 1 trong lộ trình tiềm tàng mang đến tiếng tăm khoa học chăng. Chỉ việc đem chia hằng số thu hút G cho

tốc độ ánh sáng c, và cố là bao gồm hằng số Stein. Những hình dung theo loại này về

cái tự khắc trên bia tuyển mộ của tôi hối hả bị đánh tan khi tôi nhận thấy rằng chỉ tiến

hành đảo lộn thôi là ko đủ, thiệt ra bạn ta cần chỉ rõ sự xáo trộn đó gồm một chân thành và ý nghĩa nhất định nào kia nữa. Mang đến nên, với bia mộ của tôi, tôi quyết định ra đi với câu “Đây là mục cuối cùng trong danh sách”.


Chuyên mục: Tin Tức