Există de fapt două constante Boltzmann, constantă Boltzmann și constantă Stefan-Boltzmann; ambele joacă roluri cheie în astrofizică ... primele punți în lumină între lumile macroscopice și microscopice și oferă baza legii zero a termodinamicii; al doilea este în ecuația pentru radiațiile de la negru.
Legea zero a termodinamicii este, în esență, ceea ce ne permite să definim temperatura; dacă puteți „privi în interior” un sistem izolat (în echilibru), proporția de constituenți care alcătuiesc sistemul cu energie E este o funcție a lui E, iar constanta Boltzmann (k sau kB). Mai exact, probabilitatea este proporțională cu:
e-E / kT
unde T este temperatura. În unitățile SI, k este 1,38 x 10-23 J / K (care sunt joules pe Kelvin). Modul în care legăturile constante ale lui Boltzmann pot fi cel mai ușor observate astfel: k este constanta de gaz R (amintiți-vă legea ideală a gazului, pV = nRT) divizată la numărul lui Avogadro.
Printre numeroasele locuri k apare în fizică este în distribuția Maxwell-Boltzmann, care descrie distribuția vitezei moleculelor într-un gaz ... și, de aceea, atmosfera Pământului (și a lui Venus) și-a pierdut tot hidrogenul (și își păstrează doar heliul, deoarece ceea ce se pierde devine înlocuit cu heliu din degradare radioactivă, în roci) și de ce gigantii gazelor (și stelele) îi pot păstra pe ai lor.
Constanța Stefan-Boltzmann (?), Leagă cantitatea de energie radiată de un corp negru (pe unitatea de suprafață a suprafeței sale) de temperatura persoanei negre (aceasta este legea Stefan-Boltzmann). ? este alcătuit din alte constante: pi, câteva cu numere întregi, viteza luminii, constanta lui Planck, ... și constanta Boltzmann! Deoarece astronomii se bazează aproape în totalitate pe detectarea fotonilor (radiații electromagnetice) pentru a observa universul, cu siguranță nu va fi o surpriză să afle că elevii de astrofizică se familiarizează foarte mult cu legea Stefan-Boltzmann, încă de la începutul studiilor! La urma urmei, luminozitatea absolută (energia radiată pe unitatea de timp) este unul dintre lucrurile cheie pe care astronomii încearcă să le estimeze.
De ce apare constant Boltzmann atât de des? Deoarece comportamentul la scară largă al sistemelor rezultă din ceea ce se întâmplă cu componentele individuale ale acestor sisteme, iar studiul modului de a trece de la mic la mare (în fizica clasică) este mecanica statistică ... ceea ce Boltzmann a făcut cea mai mare parte a greutății originale ridicarea (împreună cu Maxwell, Planck și alții); într-adevăr, Planck a fost cel care a dat k numele său, după moartea lui Boltzmann (și Planck care a avut ecuația de entropie a lui Boltzmann - cu k - gravat pe piatra lui de mormânt).
Doriți să aflați mai multe? Iată câteva resurse, la diferite niveluri: Legea gazelor ideale (de la hiperfizică), Legile radiațiilor (de la un curs introductiv de astronomie) și cursul Richard Fitzpatrick al Universității din Texas (Austin) (destinat studenților de nivel superior) Termodinamică și statistică Mecanică.
surse:
Hyperphysics
Wikipedia
