V skutočnosti existujú dva Boltzmannovy konštanty, Boltzmannova konštanta a Stefan-Boltzmannova konštanta; obe hrajú kľúčové úlohy v astrofyzike ... prvý premosťuje makroskopické a mikroskopické svety a poskytuje základ pre nulový zákon termodynamiky; druhá je v rovnici pre vyžarovanie čiernych telies.
Nulový termodynamický zákon je v podstate to, čo nám umožňuje definovať teplotu; ak by ste sa mohli „pozrieť dovnútra“ do izolovaného systému (v rovnováhe), podiel zložiek tvoriacich systém s energiou E je funkciou E a Boltzmannovej konštanty (k alebo kB). Pravdepodobnosť je priamo úmerná:
e-E / kT
kde T je teplota. V jednotkách SI k je 1,38 x 10-23 J / K (to je joulov na Kelvina). Ako Boltzmannova konštanta spája makroskopické a mikroskopické svety, možno bude najľahšie vidieť takto: k je plynová konštanta R (nezabudnite na zákon o ideálnom plyne, pV = nRT) vydelený číslom Avogadra.
Medzi mnohými miestami k vo fyzike sa vyskytuje v Maxwellovo-Boltzmannovej distribúcii, ktorá popisuje rozdelenie rýchlostí molekúl v plyne ... a teda prečo zemská (a Venuša) atmosféra stratila všetok svoj vodík (a udržuje si len hélium, pretože strata sa dostane) nahradené héliom z rádioaktívneho rozpadu, v horninách) a prečo si plynní giganti (a hviezdy) môžu udržať svoje.
Stefan-Boltzmannova konštanta (?) Spája množstvo energie vyžarovanej čiernym telom (na jednotku plochy jeho povrchu) s teplotou čierneho telesa (toto je Stefan-Boltzmannov zákon). ? pozostáva z ďalších konštánt: pi, pár celých čísel, rýchlosť svetla, Planckova konštanta, ... a Boltzmannova konštanta! Keďže sa astronómovia pri pozorovaní vesmíru takmer úplne spoliehajú na detekciu fotónov (elektromagnetické žiarenie), určite nebude žiadnym prekvapením, keď sa študenti astrofyziky veľmi dobre oboznámia so Stefan-Boltzmannovým zákonom, a to hneď na začiatku štúdia! Napokon, absolútna svietivosť (energia vyžarovaná za jednotku času) je jednou z kľúčových vecí, ktoré sa astronómovia snažia odhadnúť.
Prečo sa Boltzmannova konštanta objavuje tak často? Pretože rozsiahle správanie systémov vyplýva z toho, čo sa deje s jednotlivými zložkami týchto systémov, a štúdiom toho, ako sa dostať z malých na veľké (v klasickej fyzike), je štatistická mechanika ... ktorý Boltzmann urobil väčšinu pôvodného ťažkého zdvíhanie (spolu s Maxwellom, Planckom a ďalšími); skutočne to dal Planck k jeho meno po Boltzmannovej smrti (a Planck, ktorý mal Boltzmannovu entropickú rovnicu - s k - vyryté na jeho náhrobnom kameni).
Chcete sa dozvedieť viac? Tu je niekoľko zdrojov na rôznych úrovniach: Zákon o ideálnom plyne (z hyperfyziky), Radiačné zákony (z úvodného kurzu astronómie) a kurz Richarda Fitzpatricka z University of Texas (Austin) (určený pre študentov s nižšou úrovňou vzdelania) Termodynamika a štatistika mechanika.
zdroj:
Hyperphysics
Wikipedia
