לודוויג בולצמן הוא היוצר של התיאוריה המולקולרית-קינטית של גזים אידיאליים. נולד ב-1844 בוינה. בולצמן הוא חלוץ ומגלה במדע. יצירותיו ומחקריו הובנו לעתים קרובות לא נכון ונדחו על ידי החברה. עם זאת, עם המשך התפתחות הפיזיקה, עבודתו הוכרה ולאחר מכן פורסמה.
תחומי העניין המדעיים של המדען כיסו תחומים בסיסיים כמו פיזיקה ומתמטיקה. משנת 1867 עבד כמורה במספר מוסדות להשכלה גבוהה. במחקר שלו הוא מצא שלחץ הגז נובע מהשפעות כאוטיות של מולקולות על דפנות הכלי שבו הן נמצאות, בעוד שהטמפרטורה תלויה ישירות במהירות החלקיקים (מולקולות), במילים אחרות, בקינטיקה שלהם. אֵנֶרְגִיָה. לכן, ככל שחלקיקים אלה נעים מהר יותר, כך הטמפרטורה גבוהה יותר. קבוע בולצמן נקרא על שמו של המדען האוסטרי המפורסם. הוא זה שתרם תרומה שלא תסולא בפז לפיתוח הפיזיקה הסטטית.
משמעות פיזית של הערך הקבוע הזה
קבוע בולצמן מגדיר את הקשר בין כמויות פיזיקליות כמו טמפרטורה ואנרגיה. במצב סטטימכניקה, זה ממלא תפקיד מרכזי. קבוע בולצמן הוא k=1, 3806505(24)10-23J/K. המספרים בסוגריים מציינים את השגיאה המותרת בערך הערך ביחס לספרות האחרונות. ראוי לציין שניתן לגזור את קבוע בולצמן גם מקבועים פיזיקליים אחרים. עם זאת, חישובים אלה מורכבים למדי וקשים לביצוע. הם דורשים ידע מעמיק לא רק בתחום הפיזיקה, אלא גם במתמטיקה גבוהה יותר.
קשר בין טמפרטורה מוחלטת לאנרגיה
קבוע סטפן-בולצמן מאפשר לחבר את המאפיינים של עולם המיקרו והמקרו, כלומר היחס בין מהירות התנועה של מולקולות לטמפרטורה. הנוסחה המתארת יחס זה היא כדלקמן: 3/2mv2=kT.
בגז הומוגני בכלי בטמפרטורה מסוימת T, האנרגיה הנופלת על כל אחת מדרגות החופש שווה ליחס kT/2. לדעת את הטמפרטורה שבה נמצאות המולקולות ואת המסה שלהן, אפשר לחשב בקלות את מהירות הריבוע הממוצעת של השורש. עם זאת, נוסחה זו אינה מתאימה לגזים דו-אטומיים.
יחס לודוויג בולצמן (אנטרופיה - הסתברות)
ניתן להגדיר את האנטרופיה של מערכת תרמודינמית כלוגריתם של ההסתברות התרמודינמית. יחס זה יכול להיקרא ההישג והתגלית העיקרית של הפיזיקאי האוסטרי הגדול, שעשה בסוף ימיו. במהלך חייו של מדען, הוא מעולם לא קיבלהכרה בחוגים מדעיים, אך ארבע שנים לאחר מותו, גילוי זה הוכר רשמית.
כמה מילים לסיכום
קבוע בולצמן לא רק מהווה את הליבה של הפיזיקה הסטטית והתיאוריה המולקולרית-קינטית, אלא גם השפיע במידה מסוימת על המשך התפתחותן של תיאוריות פיזיקליות. זה חל, למשל, על קטע כמו מכניקת הקוונטים.
