Faktiski ir divas Boltzmann konstantes: Boltzmann konstante un Stefan-Boltzmann konstante; abiem ir galvenā loma astrofizikā… pirmais tilts savieno makroskopisko un mikroskopisko pasauli un rada pamatu termodinamikas nulles likumam; otrais ir melnā ķermeņa starojuma vienādojumā.
Termodinamikas nulles likums būtībā ir tas, kas mums ļauj noteikt temperatūru; ja jūs varētu “ieskatīties” izolētā sistēmā (līdzsvarā), to sastāvdaļu īpatsvars, kas veido sistēmu ar enerģiju E, ir E funkcija, un Boltsmana konstante (k vai kB). Proti, varbūtība ir proporcionāla:
e-E / kT
kur T ir temperatūra. SI vienībās, k ir 1,38 x 10-23 J / K (tas ir džouls uz Kelvinu). Varbūt visvieglāk ir redzēt, kā Boltsmana pastāvīgā saikne makroskopisko un mikroskopisko pasauli: k ir gāzes konstante R (atcerieties par ideālās gāzes likumu, pV = nRT), dalīta ar Avogadro skaitli.
Starp daudzajām vietām k parādās fizikā, ir Maksvela-Boltzmana sadalījumā, kas apraksta molekulu ātruma sadalījumu gāzē… un kāpēc Zemes (un Venēras) atmosfērā ir zaudēts viss ūdeņradis (un tas saglabā tikai hēliju, jo zaudētais iegūst aizvietots ar hēliju no radioaktīvās sabrukšanas, klintīs), un kāpēc gāzes giganti (un zvaigznes) var saglabāt savējo.
Stefana-Boltsmana konstante (?) Sasaista enerģijas daudzumu, ko izstaro melns ķermenis (uz tā virsmas laukuma vienību), ar melnā ķermeņa temperatūru (tas ir Stefana-Boltsmana likums). ? veido citas konstantes: pi, pāris veseli skaitļi, gaismas ātrums, Planka konstante… un Boltsmana konstante! Tā kā astronomi gandrīz pilnībā paļaujas uz fotonu (elektromagnētiskā starojuma) noteikšanu, lai novērotu Visumu, tas noteikti nebūs pārsteigums, uzzinot, ka astrofizikas studenti ļoti agri studijās ļoti labi iepazīstas ar Stefana-Boltsmana likumu! Galu galā absolūtais spožums (vienas laika vienības izstarotā enerģija) ir viena no galvenajām lietām, ko mēģina noteikt astronomi.
Kāpēc Boltzmann konstante parādās tik bieži? Tā kā sistēmu liela mēroga uzvedība izriet no tā, kas notiek ar šo sistēmu atsevišķiem komponentiem, un pētījums par to, kā pāriet no mazā uz lielo (klasiskajā fizikā) ir statistiskā mehānika… ko Boltzmans izdarīja lielākoties no sākotnējā smagā celšana (kopā ar Maksvelu, Planku un citiem); patiešām Planks bija tas, kurš deva k tā nosaukums pēc Boltzmann nāves (un Plankam, kuram bija Boltzmann entropijas vienādojums - ar k - iegravēts uz viņa kapa pieminekļa).
Vai vēlaties uzzināt vairāk? Šeit ir daži resursi dažādos līmeņos: Ideālas gāzes likums (no hiperfizikas), Radiācijas likumi (no astronomijas ievada kursa) un Teksasas Universitātes (Ostina) Ričarda Ficpatrika kurss (paredzēts zemāka līmeņa studentiem zemāk) Termodinamika un statistiskā informācija Mehānika.
Avoti:
Hiperfizika
Wikipedia
