Всъщност има две константи на Болцман, константата на Болцман и константата на Стефан-Болцман; и двамата играят ключови роли в астрофизиката ... първият мост макроскопичен и микроскопичен свят и осигурява основата на нулевия закон на термодинамиката; вторият е в уравнението за излъчване на черно тяло.
Нулевият закон на термодинамиката по същество е това, което ни позволява да определим температурата; ако бихте могли да „погледнете вътре“ в изолирана система (в равновесие), съотношението на съставните елементи, съставляващи системата с енергия Е, е функция на Е, а константата на Болцман (к или кB). По-конкретно, вероятността е пропорционална на:
д-E / KT
където Т е температурата. В единици SI к е 1,38 х 10-23 J / K (това е джаули на Келвин). Как постоянната връзка на Болцман свързва макроскопичния и микроскопичния свят, може би най-лесно се вижда така: к е газовата константа R (не забравяйте закона за идеалния газ, pV = nRT), разделена на числото на Avogadro.
Сред многото места к се появява във физиката е в разпределението на Максуел-Болтцман, което описва разпределението на скоростите на молекулите в газ ... и по този начин атмосферата на Земята (и Венера) е загубила целия си водород (и запазва само хелия си, защото това, което се губи, получава заменен с хелий от радиоактивен разпад, в скали) и защо газовите гиганти (и звезди) могат да запазят своето.
Константата на Стефан-Болтцман (?), Обвързва количеството енергия, излъчвано от черно тяло (на единица площ от повърхността му), с температурата на черното тяло (това е законът на Стефан-Болтцман). ? се състои от други константи: pi, няколко цели числа, скоростта на светлината, константата на Планк ... и константата на Болцман! Тъй като астрономите почти изцяло разчитат на откриване на фотони (електромагнитно излъчване), за да наблюдават Вселената, със сигурност няма да е изненада да научат, че студентите по астрофизика много се запознават със закона на Стефан-Болцман, много рано в своето проучване! В крайна сметка абсолютната светимост (излъчвана енергия за единица време) е едно от ключовите неща, които астрономите се опитват да преценят.
Защо константата на Болцман изскача толкова често? Тъй като мащабното поведение на системите следва от случващото се с отделните компоненти на тези системи и изучаването на това как да се премине от малкото към голямото (в класическата физика) е статистическата механика ... която Болцман направи повечето от първоначалните тежки повдигане (заедно с Максуел, Планк и други); наистина Планк е дал к името му, след смъртта на Болтцман (и Планк, който имаше ентропийното уравнение на Болтман - с к - гравиран на надгробната му плоча).
Искате ли да научите повече? Ето някои ресурси на различни нива: Идеален закон за газа (от хиперфизика), радиационни закони (от въвеждащ курс по астрономия) и курс на Ричард Фицпатрик от Тексаския университет (Остин) (предназначен за студенти от горното ниво) Термодинамика и статистически данни механика.
Източници:
Hyperphysics
Wikipedia
