Boltzmann-vakioita on oikeastaan kaksi, Boltzmann-vakio ja Stefan-Boltzmann-vakio; molemmilla on avainrooli astrofysiikassa… ensimmäinen siltaa makroskooppista ja mikroskooppista maailmaa ja tarjoaa perustan termodynamiikan nolla-luvulle; toinen on yhtälössä mustan kappaleen säteilylle.
Termodynamiikan nollalaki on pohjimmiltaan se, mikä antaa meille mahdollisuuden määritellä lämpötila; jos voisit "katsoa" eristetyn järjestelmän sisäpuolelle (tasapainossa), komponenttien osuus, jotka muodostavat järjestelmän energialla E, on E: n funktio ja Boltzmannin vakio (K tai KB). Erityisesti todennäköisyys on verrannollinen:
eE / kT
missä T on lämpötila. SI-yksikköinä K on 1,38 x 10-23 J / K (se on joulea per Kelvin). Kuinka Boltzmannin vakio yhdistää makroskooppisen ja mikroskooppisen maailman, saattaa olla helpointa nähdä näin: K on kaasuvakio R (muista ideaalikaasulaki, pV = nRT) jaettuna Avogadro-luvulla.
Niistä monista paikoista K esiintyy fysiikassa on Maxwell-Boltzmann-jakautumassa, joka kuvaa molekyylien nopeuksien jakautumista kaasussa ... ja miksi maapallon (ja Venuksen) ilmakehä on menettänyt kaiken vedynsä (ja pitää vain heliuminsa, koska menetetty saa korvattu radioaktiivisen hajoamisen aiheuttamalla heliumilla kivissä), ja miksi kaasujättiläiset (ja tähdet) voivat pitää omat.
Stefan-Boltzmann-vakio (?) Sitoo mustan kappaleen säteilyttämän energian määrän (pinta-alayksikköä kohti) mustan kappaleen lämpötilaan (tämä on Stefan-Boltzmann -laki). ? koostuu muista vakioista: pi, pari kokonaislukua, valon nopeus, Planckin vakio… ja Boltzmannin vakio! Koska tähtitieteilijät luottavat melkein täysin fotonien (sähkömagneettisen säteilyn) havaitsemiseen maailmankaikkeuden havaitsemiseen, ei ole mikään yllätys oppia, että astrofysiikan opiskelijat tuntevat hyvin Stefan-Boltzmannin lain, hyvin varhaisessa vaiheessa opintojaan! Loppujen lopuksi absoluuttinen valoisuus (aikayksikössä säteilytetty energia) on yksi avainasemista, joita tähtitieteilijät yrittävät arvioida.
Miksi Boltzmann-vakio esiintyy niin usein? Koska järjestelmien laajamittainen käyttäytyminen johtuu siitä, mitä tapahtuu näiden järjestelmien yksittäisille komponenteille, ja tutkimus siitä, kuinka päästä pienestä suureen (klassisessa fysiikassa) on tilastollinen mekaniikka…, jonka Boltzmann teki suurimman osan alkuperäisestä raskas nostaminen (yhdessä Maxwellin, Planckin ja muiden kanssa); todellakin, Planck antoi sen K sen nimi Boltzmannin kuoleman jälkeen (ja Planckilla, jolla oli Boltzmannin entropiayhtälö - K - kaiverrettu hautakivilleen).
Haluatko tietää enemmän? Tässä on joitain resursseja eri tasoilla: Ideaalikaasulaki (hyperfysiikasta), säteilylakit (johdanto-tähtitieteen kurssilta) ja Texasin yliopiston (Austin) Richard Fitzpatrickin kurssi (tarkoitettu ylemmän tason alaopiskelijoille) Termodynamiikka ja tilastollinen Mekaniikka.
Lähteet:
Hyperphysics
wikipedia
