La constante de Boltzmann rinde tributo desde su denominación al físico de nacionalidad austríaca Ludwig Boltzmann.
Constante de Boltzmann es una constante de carácter físico que rinde reconocimiento desde su denominación a Ludwig Boltzmann. Así se llamó un físico de origen austríaco nacido en 1844 y fallecido en 1906 cuyos aportes científicos resultaron fundamentales para la consolidación y evolución de la mecánica estadística.
Esta constante que vincula a la energía y la temperatura absoluta es clave para comprender de qué modo el comportamiento y las propiedades de partículas individuales se reflejan en características que se pueden medir y apreciar a gran escala.
Según se advierte al repasar sus aplicaciones prácticas, en física de semiconductores la constante de Boltzmann aparece al expresar el voltaje térmico. Es esencial, además, al momento de aplicar las leyes de la termodinámica, mientras que en física estadística se trabaja con una ecuación de probabilidad o fórmula de entropía identificada con el apellido de Ludwig, un profesor y estudioso que llegó a publicar artículos centrados en cómo es posible explicar la segunda ley de la termodinámica haciendo uso de la teoría de la probabilidad y de las leyes de la mecánica aplicada a movimientos de átomos, por ejemplo. Es oportuno señalar que para expresar la constante de Boltzmann se emplea la unidad julios por kelvin.
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ResumenMediciones de la constante de Boltzmann
A lo largo de los años se han desarrollado varios métodos para medir la constante de Boltzmann. Se dice que ella se conoce, por ejemplo, al medir concentración de partículas y altura.
De la mano de la termometría acústica se consigue alcanzar una gran precisión al medir la constante de Boltzmann. Este método se respalda en la dependencia directa que la velocidad del sonido de un gas tiene respecto a la temperatura.
Hay que considerar, de igual modo, la utilidad de la llamada termometría de gas de constante dieléctrica (DCGT), un procedimiento que lleva a determinar en primera instancia a la constante dieléctrica, que al estar vinculada estrechamente a la temperatura constituye otra vía para calcular con notable exactitud la constante de Boltzmann.
Sacándole provecho a la espectroscopía de absorción láser es posible también llevar a cabo una medición de la constante de Boltzmann.
El llamado factor de Boltzmann es clave para el desarrollo de, por ejemplo, la estadística de Bose-Einstein y la estadística de Maxwell-Boltzmann.
Aportes de Boltzmann, Stefan y Maxwell
El apellido de Boltzmann a menudo aparece inmortalizado en diferentes expresiones junto a apellidos de colegas.
Al hacer foco en la teoría cinética de los gases, por detallar una posibilidad, gana protagonismo la ecuación de Maxwell-Boltzmann. Ambos apellidos aparecen unidos, además, en la función estadística de Maxwell-Boltzmann (recurso desarrollado en conjunto por Ludwig Boltzmann y James Clerk Maxwell con la idea de trazar un modelado sobre el comportamiento de la clase de sistemas físicos que están englobados en el ámbito de la mecánica clásica). Estos dos científicos formularon, incluso, una distribución de probabilidad enlazada a la ya citada estadística de Maxwell-Boltzmann conocida como distribución de Maxwell-Boltzmann (a menudo citada, simplemente, como distribución de Boltzmann).
Por otra parte vale resaltar que, partiendo de apreciaciones teóricas efectuadas por L. Boltzmann, Josef Stefan logró deducir en 1879 la bautizada como Ley de Stefan-Boltzmann. Este postulado hace hincapié en la radiación de cuerpo negro.
En la tumba donde descansan los restos de Ludwig Boltzmann se ha grabado la fórmula corespondiente a la entropía de un cierto sistema.
Más datos de interés sobre la constante de Boltzmann
A la constante de Boltzmann se la puede interpreta como un puente que permite conectar de algún modo tanto a la energía mecánica como a la energía térmica.
Expertos en el tema han determinado, por otra parte, que con ella es factible darle un planteo alternativo a la ley de los gases ideales. Este postulado señala a nivel macroscópico que, observando en detalle un gas ideal, se advierte una relación de proporcionalidad entre el producto resultante de la presión y el volumen y el producto surgido de la cantidad de sustancia y la temperatura absoluta. La modificación, en este escenario, se logra con una fórmula en la cual aparece el número de partículas (moléculas) del gas en cuestión y se plasma a la constante de Boltzmann como constante de gas por molécula.
La constante de Boltzmann, por agregar precisiones, se conjuga con la temperatura y la degeneración energética que experimenta un sistema cuando se calcula la probabilidad de que se ocupe un estado. Para esa estimación de la población de estados energéticos, se desprende de la práctica, se aplica la denominada ley de distribución de Boltzmann. Gracias a esta distribución se obtiene información vinculada a las chances de que haya un estado ocupado. De acuerdo a este contenido, hay una proporcionalidad notoria que une a la probabilidad de un estado ocupado con la inversa de la exponencial asociada a la relación establecida entre la energía del estado en cuestión y el producto surgido de la temperatura y la constante de Boltzmann.
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