Der er faktisk to Boltzmann-konstanter, Boltzmann-konstanten og Stefan-Boltzmann-konstanten; begge spiller nøgleroller inden for astrofysik ... de første brobroerer den makroskopiske og mikroskopiske verdener og giver grundlaget for den nul-th lov af termodynamik; den anden er i ligningen for blackbody-stråling.
Termodynamikens nul-lov er i det væsentlige, hvad der giver os mulighed for at definere temperatur; Hvis du kunne "kigge inde" i et isoleret system (i ligevægt), er andelen af bestanddele, der udgør systemet med energi E, en funktion af E, og Boltzmann-konstanten (k eller kB). Specifikt er sandsynligheden proportional med:
e-E / kT
hvor T er temperaturen. I SI-enheder k er 1,38 x 10-23 J / K (det er dinles pr. Kelvin). Hvordan Boltzmanns konstante forbinder de makroskopiske og mikroskopiske verdener er måske lettest set sådan: k er gaskonstanten R (husk den ideelle gaslov, pV = nRT) divideret med Avogadros nummer.
Blandt de mange steder k optræder i fysik er i Maxwell-Boltzmann-distributionen, der beskriver fordelingen af molekylers hastigheder i en gas ... og dermed hvorfor Jordens (og Venus ') atmosfære har mistet alt sit brint (og kun holder sit helium, fordi det, der går tabt, får erstattet af helium fra radioaktivt henfald, i klipper), og hvorfor gasgiganterne (og stjernerne) kan holde deres.
Stefan-Boltzmann-konstanten (?) Binder mængden af energi, der udstråles af en sort krop (pr. Enhed af dens overflade), til sorte kropstemperaturen (dette er Stefan-Boltzmann-loven). ? består af andre konstanter: pi, et par heltal, lysets hastighed, Plancks konstante… og Boltzmann konstanten! Da astronomer næsten udelukkende er afhængige af påvisning af fotoner (elektromagnetisk stråling) for at observere universet, vil det helt sikkert ikke overraske at lære, at astrofysikstuderende bliver meget fortrolige med Stefan-Boltzmann-loven, meget tidligt i deres studier! Når alt kommer til alt er absolut lysstyrke (energi udstrålt pr. Tidsenhed) en af de vigtigste ting astronomer forsøger at estimere.
Hvorfor dukker Boltzmann konstant op så ofte? Fordi systemer i stor skala følger af, hvad der sker med de enkelte komponenter i disse systemer, og studiet af hvordan man kommer fra det lille til det store (i klassisk fysik) er statistisk mekanik… hvilket Boltzmann gjorde mest af det originale tunge løftning ind (sammen med Maxwell, Planck og andre); faktisk var det Planck, der gav k dets navn, efter Boltzmanns død (og Planck, der havde Boltzmanns entropi-ligning - med k - indgraveret på hans gravsten).
Vil du lære mere? Her er nogle ressourcer på forskellige niveauer: Ideal Gas Law (fra Hyperphysics), Strålingslove (fra et indledende astronomikursus) og University of Texas (Austin) 's Richard Fitzpatrick's kursus (beregnet til studerende på højere niveau) Thermodynamics & Statistical mekanik.
Kilder:
Hyperphysics
Wikipedia
