ステファン・ボルツマン定数

ステファン・ボルツマン定数として知られるステファン定数は、物理学で使用される物理定数です。黒体放射のステファン・ボルツマンの法則における比例定数です。ステファン・ボルツマン定数はギリシャ文字で表されます。この物理定数は、1879 年にヨーゼフ ステファンによって仮説が立てられ、1884 年にルートヴィヒ ボルツマンによって決定されました。

「発生するアイテムからエネルギーを運ぶ電磁波の放射は、熱放射として知られています。放射は、常温 (赤熱未満) の電磁スペクトルの赤外線部分にあります。ステファン・ボルツマンの法則は、加熱された物体からの正味の放射を支配する関係を説明しています。」

ステファン・ボルツマン方程式

同じ法則が 1884 年にオーストリアの物理学者ルートヴィヒ ボルツマンによって熱力学的考察から導き出され、1879 年にオーストリアの物理学者ヨーゼフ ステファンによって実験的研究の結果として最初に提案されました。秒 (つまり、単位面積からの電力) であり、T が絶対温度 (ケルビン単位) の場合、E=σT です。ステファン・ボルツマン定数として知られる比例定数は、ギリシャ文字のシグマ () で表されます。この定数の値は 5.670374419 10 W m K です。

小さな平らな黒体ボックスを構成する特定の温度ですべての波長を積分することにより、方程式はプランクの法則からも得ることができます。 「温度が上昇すると、放出される熱放射の量が急速に増加し、放射の一次周波数が増加します。」

ステファン・ボルツマン定数を使用して、すべての放射エネルギーを吸収および放出する黒体から放出される熱量を計算できます。ステファン・ボルツマン定数は、温度 (K) を単位面積あたりの電力である強度 (Wm2) に変換することもできます。

ステファン ボルツマン定数値

ステファン・ボルツマン定数は、世界的に合意された値を持ち、SI 単位で次のように表されます。

コンスタント ステファン ボルツマン σ=5.670367(13) x 10W.m.K

寸法の公式は [M][T][O]

また、異なる単位で表すこともできます。ステファン・ボルツマン定数の値と関連する単位は、以下の表にあります。

• ステファンの法則は、単位時間あたり単位表面積あたりに放射される黒体の総エネルギーは、すべての波長で絶対温度の 4 乗に比例すると述べています。
• 黒体は、理想的な光吸収体および放射体です。それに当たる光はすべて吸収されます。完璧なラジエーターは、完璧な黒体でもあります。
• 物体が光を吸収する効率が高いほど、光を効率よく放出します。その結果、完璧なアブソーバーは想像できる最高の効率のラジエーターでなければなりません。ただし、完全な吸収体は放射線をまったく反射しないため、黒く見えます。
• 物体の絶対温度は、0 を絶対零度とする目盛りで測定されます。絶対温度スケールはケルビン、摂氏単位、およびランキン度単位華氏です。これは熱力学的温度とも呼ばれます。
• 絶対零度とは、システムのエネルギーが考えられる限り最小になる温度、つまり最小量のエネルギーを持つ温度です。この温度に近づくと、分子の動きが遅くなります。ガス温度計は最低温度しか測定できません。この温度では電子機器が機能しないことはよく知られています。最終的に、分子の運動エネルギーは無視できるかゼロになります。

アプリケーション

ステファン ボルツマン定数は、物理学で多くの用途があります。以下はその一部です:

• 暗黒体が放射する熱量を計算するために使用されます。
• 温度 (K) を強度 (W.m-2) の測定値に変換するために使用できます。これは基本的に、1 平方メートルあたりの電力です。

結論

温度に関して、ステファン・ボルツマンの法則は、暗黒物質から放射されるパワーを説明します。ステファン・ボルツマンの方程式は、単位時間 jstar (黒体放射発散度とも呼ばれる) ごとに黒体の単位表面積あたりに放射される総エネルギーは、黒体の熱力学的温度 T に正比例することを示しています。

j*=σT4.

ルートヴィヒ・ボルツマン (1844–1906) は、アドルフォ・バルトリの研究に基づいて、1884 年に理論的考察から法則を導出しました。 [6] 1876 年、バルトリは熱力学的概念を使用して放射圧の存在を証明しました。ボルツマンは、バルトリに続いて、理想気体の代わりに電磁放射を作動物質として使用する理想的な熱機関を考えました.

この法則は、ラボですぐにテストされました。 1888 年に Heinrich Weber によって、より高い温度での不一致が指摘されましたが、1897 年までに 1535 K の温度まで、測定の不確かさの範囲内で完全な精度が確立されました。