Zapravo postoje dvije Boltzmannove konstante, Boltzmannova konstanta i Stefan-Boltzmannova konstanta; obojica igraju ključne uloge u astrofizici ... prvi premošćuje makroskopski i mikroskopski svijet i pruža osnovu nultog zakona termodinamike; drugi je u jednadžbi za zračenje crnih tijela.
Nula-zakon termodinamike u osnovi je ono što nam omogućuje definiranje temperature; ako biste mogli 'pogledati unutra' izoliranog sustava (u ravnoteži), udio sastojaka koji čine sustav s energijom E je funkcija E i Boltzmannove konstante (k ili kB). Konkretno, vjerojatnost je proporcionalna:
eE / kT
gdje je T temperatura. U SI jedinicama, k iznosi 1,38 x 10-23 J / K (to je džula po Kelvinu). Kako se Boltzmannova stalna veza makroskopskog i mikroskopskog svijeta možda najlakše vidi ovako: k je plinska konstanta R (sjetite se idealnog zakona plina, pV = nRT) podijeljeno s Avogadrovim brojem.
Među brojnim mjestima k pojavljuje se u fizici u Maxwell-Boltzmannovoj distribuciji koja opisuje raspodjelu brzina molekula u plinu ... i zbog toga je Zemljina (i Venera) atmosfera izgubila sav svoj vodik (i zadržao je samo helij, jer ono što se izgubi dobiva zamijenjen helijem iz radioaktivnog raspada, u stijenama) i zašto plinski divovi (i zvijezde) mogu zadržati svoje.
Stefan-Boltzmannova konstanta (?) Povezuje količinu energije koju zrači crno tijelo (po jedinici površine njegove površine) na temperaturu crnog tijela (ovo je Stefan-Boltzmannov zakon). ? sačinjavaju druge konstante: pi, par cijelih brojeva, brzina svjetlosti, Planckova konstanta ... i Boltzmannova konstanta! Kako se astronomi gotovo u potpunosti oslanjaju na otkrivanje fotona (elektromagnetskog zračenja) za promatranje svemira, sigurno će biti iznenađenje kad će naučiti da studenti astrofizike vrlo dobro upoznaju zakon Stefana-Boltzmanna, vrlo rano u svojim studijama! Napokon, apsolutna svjetlost (energija zračena u jedinici vremena) jedna je od ključnih stvari koju astronomi pokušavaju procijeniti.
Zašto se Boltzmannova konstanta pojavljuje toliko često? Jer opsežno ponašanje sustava proizlazi iz onoga što se događa s pojedinim komponentama tih sustava, a proučavanje kako doći od malog do velikog (u klasičnoj fizici) je statistička mehanika ... kojom je Boltzmann većinu prvobitnih teških činio dizanje unutra (zajedno s Maxwellom, Planckom i drugima); doista, Planck je dao k njegovo ime, po Boltzmannovoj smrti (i Plancku koji je imao Boltzmannovu entropijsku entropiju - sa k - ugravirano na njegovom nadgrobnom spomeniku).
Želite naučiti više? Evo nekoliko izvora na različitim razinama: Idealni zakon o plinu (iz hiperfizike), Zakoni o zračenju (iz uvodnog kolegija astronomije) i tečaj Richarda Fitzpatricka na Sveučilištu u Teksasu (namijenjen studentima nižeg stupnja) Termodinamika i statistika Mehanika.
izvori:
Hyperphysics
Wikipedija
