Det finns faktiskt två Boltzmann-konstanter, Boltzmann-konstanten och Stefan-Boltzmann-konstanten; båda spelar nyckelroller inom astrofysik ... den första överbryggar de makroskopiska och mikroskopiska världarna och ger grunden för termodynamikens nollte lag; den andra är i ekvationen för svartkropp strålning.
Termodynamikens nollte lag är i huvudsak det som gör att vi kan definiera temperatur; om du kunde 'se inuti' ett isolerat system (i jämvikt), är andelen beståndsdelar som utgör systemet med energi E en funktion av E, och Boltzmann-konstanten (tillellertillB). Specifikt är sannolikheten proportionell mot:
Och-E / kT
där T är temperaturen. I SI-enheter,tillär 1,38 x 10-23J/K (det är joule per Kelvin). Hur Boltzmanns ständiga länkar samman de makroskopiska och mikroskopiska världarna kan kanske enklast ses så här:tillär gaskonstanten R (kom ihåg den ideala gaslagen, pV = nRT) dividerat med Avogadros tal.
Bland de många platsernatillförekommer i fysiken är i Maxwell-Boltzmann-fördelningen, som beskriver fördelningen av hastigheter för molekyler i en gas ... och därmed varför jordens (och Venus) atmosfär har förlorat allt sitt väte (och bara behåller sitt helium eftersom det som går förlorat får ersättas av helium från radioaktivt sönderfall, i stenar), och varför gasjättarna (och stjärnorna) kan behålla sina.
Stefan-Boltzmann-konstanten (?), binder mängden energi som utstrålas av a svart kropp (per ytenhet av dess yta) till svartkroppstemperaturen (detta är Stefan-Boltzmanns lag). ? består av andra konstanter: pi, ett par heltal, ljusets hastighet, Plancks konstant, ... och Boltzmann-konstanten! Eftersom astronomer nästan helt förlitar sig på detektion av fotoner (elektromagnetisk strålning) för att observera universum, kommer det säkert inte som någon överraskning att lära sig att astrofysikstudenter blir mycket bekanta med Stefan-Boltzmann-lagen, mycket tidigt i sina studier! Trots allt är absolut ljusstyrka (energi som utstrålas per tidsenhet) en av de viktigaste sakerna astronomer försöker uppskatta.
Varför dyker Boltzmann-konstanten upp så ofta? Eftersom det storskaliga beteendet hos system följer av vad som händer med de individuella komponenterna i dessa system, och studiet av hur man tar sig från det lilla till det stora (i klassisk fysik) är statistisk mekanik ... vilket Boltzmann gjorde det mesta av den ursprungliga tunga lyfta in (tillsammans med Maxwell, Planck och andra); förvisso var det Planck som gavtilldess namn, efter Boltzmanns död (och Planck som hade Boltzmanns entropi-ekvation - medtill– graverad på hans gravsten).
Vill du lära dig mer? Här är några resurser på olika nivåer: Ideal gaslag (från Hyperphysics), Strålningslagar (från en introduktionskurs i astronomi) och University of Texas (Austin) Richard Fitzpatricks kurs (avsedd för studenter på högre nivå) Termodynamik & statistisk mekanik .
Källor:
Hyperfysik
Wikipedia