Det er faktisk to Boltzmann-konstanter, Boltzmann-konstanten og Stefan-Boltzmann-konstanten; begge spiller nøkkelroller i astrofysikk ... de første bygger bro mellom den makroskopiske og mikroskopiske verdenen, og gir grunnlaget for den null-th loven for termodynamikk; den andre er i ligningen for svartkroppsstråling.
Termodynamikkens null-lov er i hovedsak det som lar oss definere temperatur; Hvis du kunne "se på innsiden" av et isolert system (i likevekt), er andelen bestanddeler som utgjør systemet med energi E en funksjon av E, og Boltzmann-konstanten (k eller kB). Spesifikt er sannsynligheten proporsjonal med:
e-E / kT
hvor T er temperaturen. I SI-enheter, k er 1,38 x 10-23 J / K (det er joules per Kelvin). Hvordan Boltzmanns konstante koblinger de makroskopiske og mikroskopiske verdenene kan være lettest sett slik: k er gasskonstanten R (husk den ideelle gassloven, pV = nRT) delt på Avogadros nummer.
Blant de mange stedene k vises i fysikken er i Maxwell-Boltzmann-distribusjonen, som beskriver fordelingen av hastigheter på molekyler i en gass ... og dermed hvorfor jordas (og Venus ') atmosfære har mistet alt sitt hydrogen (og bare beholder heliumet sitt fordi det som går tapt erstattet av helium fra radioaktivt forfall, i bergarter), og hvorfor gassgigantene (og stjernene) kan beholde sitt.
Stefan-Boltzmann-konstanten (?), Binder energimengden som utstråles av en svart kropp (per enhet av overflaten) til den svarte kroppstemperaturen (dette er Stefan-Boltzmann-loven). ? består av andre konstanter: pi, et par heltall, lysets hastighet, Plancks konstante, ... og Boltzmann-konstanten! Ettersom astronomer nesten helt avhengige av påvisning av fotoner (elektromagnetisk stråling) for å observere universet, vil det helt sikkert ikke komme som noen overraskelse å lære at astrofysikkstudenter blir veldig kjent med Stefan-Boltzmann-loven, veldig tidlig i studiene! Tross alt er absolutt lysstyrke (energi utstrålt per tidsenhet) en av de viktigste tingene astronomer prøver å estimere.
Hvorfor dukker Boltzmann konstant opp så ofte? Fordi systemer i stor skala følger av hva som skjer med de enkelte komponentene i disse systemene, og studiet av hvordan man kommer fra det lille til det store (i klassisk fysikk) er statistisk mekanikk… som Boltzmann gjorde mest av den opprinnelige tunge løfte inn (sammen med Maxwell, Planck og andre); faktisk var det Planck som ga k navnet etter Boltzmanns død (og Planck som hadde Boltzmanns entropi-ligning - med k - inngravert på gravsteinen hans).
Vil du lære mer? Her er noen ressurser, på forskjellige nivåer: Ideal Gas Law (fra Hyperphysics), Strålingslover (fra et innledende astronomikurs), og University of Texas (Austin) 's Richard Fitzpatricks kurs (beregnet for studenter på høyere nivå) Termodynamikk og statistikk mekanikk.
kilder:
Hyperphysics
Wikipedia
