Boltzmanni konstante on tegelikult kaks, Boltzmanni konstant ja Stefan-Boltzmanni konstant; mõlemad mängivad astrofüüsikas võtmerolli ... esimene sillab makroskoopilist ja mikroskoopilist maailma ning loob aluse termodünaamika null-seadusele; teine on musta keha kiirguse võrrandis.
Termodünaamika null-seadus on sisuliselt see, mis võimaldab meil temperatuuri määratleda; kui saaksite isoleeritud süsteemi (tasakaalus) „sisse vaadata”, on süsteemi E energia moodustavate koostisosade osakaal E funktsioon ja Boltzmanni konstant (k või kB). Täpsemalt, tõenäosus on võrdeline:
e-E / kT
kus T on temperatuur. SI ühikutes k on 1,38 x 10-23 J / K (see on džaulides ühe Kelvini kohta). Seda, kuidas Boltzmanni konstantne seos makroskoopilise ja mikroskoopilise maailmaga ühendab, võib ehk kõige lihtsamini näha: k on gaasi konstant R (pidage meeles ideaalse gaasi seadust, pV = nRT) jagatuna Avogadro arvuga.
Paljude kohtade hulgas k füüsikas on Maxwell-Boltzmanni jaotuses, mis kirjeldab molekulide kiiruste jaotust gaasis ... ja miks Maa (ja Veenuse) atmosfäär on kaotanud kogu vesiniku (ja hoiab ainult oma heeliumi, sest kadunud saab asendatud radioaktiivse lagunemise tagajärjel tekkiva heeliumiga kivimites) ja miks saavad gaasihiiglased (ja tähed) omi hoida.
Stefan-Boltzmanni konstant (?) Seob musta keha poolt kiirgatava energia hulga (pinna pinnaühiku kohta) musta keha temperatuuriga (see on Stefan-Boltzmanni seadus). ? koosneb teistest konstantidest: pi, paarist täisarvust, valguse kiirusest, Plancki konstandist ... ja Boltzmanni konstandist! Kuna astronoomid loodavad universumi vaatlemisel peaaegu täielikult footonite (elektromagnetilise kiirguse) tuvastamisele, pole kindlasti üllatus, kui saame teada, et astrofüüsikatudengid saavad Stefan-Boltzmanni seadusega tuttavaks juba väga varakult! Lõppude lõpuks on absoluutne heledus (ajaühikus kiirgav energia) üks peamisi asju, mida astronoomid proovivad hinnata.
Miks hüppab Boltzmanni konstant nii sageli välja? Kuna süsteemide laiaulatuslik käitumine tuleneb sellest, mis toimub nende süsteemide üksikute komponentidega, ja uuring, kuidas pääseda väikesest suureni (klassikalises füüsikas), on statistiline mehaanika… mida Boltzmann tegi suurema osa algsest raskest sisse tõstmine (koos Maxwelli, Plancki ja teistega); tõepoolest, see oli Planck, kes andis k selle nimi pärast Boltzmanni surma (ja Planckil, kellel oli Boltzmanni entroopia võrrand - koos k - tema hauakivile graveeritud).
Kas soovite rohkem teada saada? Siin on mõned ressursid erinevatel tasanditel: ideaalse gaasi seadus (hüperfüüsikast), radiatsiooniseadused (sissejuhatavast astronoomiakursusest) ja Texase ülikooli (Austin) Richard Fitzpatricki kursus (mõeldud kõrgema astme bakalaureuseastme õpilastele) Termodünaamika ja statistiline Mehaanika.
Allikad:
Hüperfüüsika
Vikipeedia
