Fundamentele fysische constanten in de natuurkunde

Fysica wordt beschreven in de taal van de wiskunde en de vergelijkingen van deze taal maken gebruik van een breed scala aan fysieke constanten. In zeer reële zin bepalen de waarden van deze fysieke constanten onze realiteit. Een universum waarin ze anders waren, zou radicaal worden veranderd van het universum dat we bewonen.

De constanten worden over het algemeen bereikt door observatie, hetzij direct (zoals wanneer men de lading van een elektron of de lichtsnelheid meet) of door een meetbare relatie te beschrijven en vervolgens de waarde van de constante af te leiden (zoals in het geval van de zwaartekrachtconstante). Merk op dat deze constanten soms in verschillende eenheden worden geschreven, dus als u een andere waarde vindt die niet precies hetzelfde is als hier, is deze mogelijk omgezet in een andere set eenheden.

Deze lijst met significante fysische constanten⁠, samen met wat commentaar over wanneer ze worden gebruikt⁠, is niet uitputtend. Deze constanten zouden u moeten helpen begrijpen hoe u over deze fysieke concepten moet nadenken.

Zelfs voordat Albert Einstein kwam langs, had natuurkundige James Clerk Maxwell de beschreven lichtsnelheid in de vrije ruimte in zijn beroemde vergelijkingen die elektromagnetische velden beschrijven. Zoals Einstein de relativiteitstheoriewerd de lichtsnelheid relevant als een constante die ten grondslag ligt aan veel belangrijke elementen van de fysieke structuur van de werkelijkheid.

c = 2.99792458 x 10⁸ meter per seconde

De moderne wereld draait op elektriciteit en de elektrische lading van een elektron is de meest fundamentele eenheid als we het hebben over het gedrag van elektriciteit of elektromagnetisme.

e = 1,602177 x 10^-19 C

De gravitatieconstante is ontwikkeld als onderdeel van de wet van de zwaartekracht ontwikkeld door Meneer Isaac Newton. Het meten van de zwaartekrachtconstante is een veelvoorkomend experiment dat door inleidende natuurkundestudenten wordt uitgevoerd door de zwaartekrachtaantrekkelijkheid tussen twee objecten te meten.

G = 6,67259 x 10^-11 N m²/kg²

Natuurkundige Max Planck begon het veld van kwantumfysica door de oplossing voor de "ultraviolette catastrofe" tijdens het verkennen uit te leggen blackbody straling probleem. Daarbij definieerde hij een constante die bekend werd als de constante van Planck, die tijdens de kwantumfysische revolutie in verschillende toepassingen bleef verschijnen.

h = 6.6260755 x 10^-34 J s

Deze constante wordt veel actiever gebruikt in de chemie dan in de natuurkunde, maar het relateert het aantal moleculen dat zich in één bevindt mol van een stof.

N_EEN = 6.022 x 10²³ moleculen / mol

Dit is een constante die opduikt in veel vergelijkingen met betrekking tot het gedrag van gassen, zoals de Ideale Gaswet als onderdeel van de kinetische theorie van gassen.

R = 8,314510 J / mol K

Vernoemd naar Ludwig Boltzmann, relateert deze constante de energie van een deeltje aan de temperatuur van een gas. Het is de verhouding van de gasconstante R naar het nummer van Avogadro N_EEN:

k = R / N_EEN = 1.38066 x 10-23 J / K

Het universum bestaat uit deeltjes en de massa's van die deeltjes verschijnen ook op veel verschillende plaatsen tijdens de studie van de natuurkunde. Hoewel er nog veel meer zijn fundamentele deeltjes dan alleen deze drie, zijn het de meest relevante fysieke constanten die je tegenkomt:

Electron massa = m_e = 9.10939 x 10^-31 kg

Neutronenmassa = m_n = 1,67262 x 10^-27 kg

Proton massa = m_p = 1,67492 x 10^-27 kg

Deze fysieke constante vertegenwoordigt het vermogen van een klassiek vacuüm om elektrische veldlijnen mogelijk te maken. Het staat ook bekend als niets.

ε₀ = 8.854 x 10^-12 C²/ N m²

De permittiviteit van de vrije ruimte wordt vervolgens gebruikt om de constante van Coulomb te bepalen, een belangrijk kenmerk van de vergelijking van Coulomb die de kracht regelt die wordt gecreëerd door interactie van elektrische ladingen.

k = 1/(4πε₀) = 8.987 x 10⁹ N m²/ C²

Vergelijkbaar met de permittiviteit van vrije ruimte, heeft deze constante betrekking op de magnetische veldlijnen die zijn toegestaan ​​in een klassiek vacuüm. Het speelt een rol in de wet van Ampere die de kracht van magnetische velden beschrijft:

μ₀ = 4 π x 10^-7 Wb / A m