Ve skutečnosti existují dva Boltzmannovy konstanty, Boltzmannova konstanta a Stefan-Boltzmannova konstanta; obě hrají klíčovou roli v astrofyzice… první překlenuje makroskopické a mikroskopické světy a poskytuje základ pro nulový termodynamický zákon; druhá je v rovnici pro vyzařování černých těles.
Nulový termodynamický zákon je v podstatě to, co nám umožňuje definovat teplotu; pokud byste se mohli „podívat dovnitř“ izolovaného systému (v rovnováze), podíl složek tvořících systém energií E je funkcí E a Boltzmannovy konstanty (k nebo kB). Pravděpodobnost je konkrétně úměrná:
E-E / kT
kde T je teplota. V jednotkách SI k je 1,38 x 10-23 J / K (to je jouly na Kelvina). Jak Boltzmannova konstantní propojení makroskopických a mikroskopických světů může být snad nejsnadněji vidět takto: k je plynová konstanta R (pamatujte na zákon o ideálním plynu, pV = nRT) dělený Avogadrovým číslem.
Mezi mnoha místy k objevuje se ve fyzice v Maxwellově-Boltzmannově distribuci, která popisuje distribuci rychlostí molekul v plynu… a proto proč zemská (a Venušinová) atmosféra ztratila veškerý svůj vodík (a udržuje si pouze své helium, protože to, co se ztratí, se dostane nahrazen heliem z radioaktivního rozpadu ve skalách) a proč si plynní obři (a hvězdy) mohou udržet své.
Stefan-Boltzmannova konstanta (?) Váže množství energie vyzařované černým tělem (na jednotku plochy jeho povrchu) s teplotou černého těla (toto je Stefan-Boltzmannov zákon). ? je tvořena dalšími konstantami: pí, pár celých čísel, rychlost světla, Planckova konstanta, ... a Boltzmannova konstanta! Protože se astronomové téměř výhradně spoléhají na detekci fotonů (elektromagnetické záření) při pozorování vesmíru, určitě nepřekvapí, když se dozvědí, že studenti astrofyziky se velmi dobře seznámili s Stefan-Boltzmannovým zákonem, velmi brzy ve svých studiích! Koneckonců, absolutní svítivost (energie vyzařovaná za jednotku času) je jednou z klíčových věcí, které se astronomové snaží odhadnout.
Proč se Boltzmannova konstanta objevuje tak často? Protože chování systémů ve velkém měřítku vyplývá z toho, co se děje s jednotlivými složkami těchto systémů, a studium toho, jak se dostat z malého na velký (v klasické fyzice), je statistická mechanika ... což Boltzmann udělal většinu původního těžkého zvedání (spolu s Maxwellem, Planckem a dalšími); opravdu to byl Planck, kdo dal k jeho jméno, po Boltzmannově smrti (a Planck, který měl Boltzmannovu entropickou rovnici - s k - vyryto na jeho náhrobku).
Chcete se dozvědět více? Zde jsou některé zdroje na různých úrovních: Zákon o ideálním plynu (z hyperfyziky), Radiační zákony (z úvodního kurzu astronomie) a kurz Texas Fit (University of Texas) (Austin) z Richarda Fitzpatricka (určený pro studenty s nižší úrovní studia) Termodynamika a statistika Mechanika.
Zdroje:
Hyperphysics
Wikipedia
