Fundamentele fysieke constanten

Natuurkunde wordt beschreven in de taal van de wiskunde, en de vergelijkingen van deze taal maken gebruik van een breed scala aan fysische 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.

Constanten ontdekken

De constanten worden meestal verkregen door observatie, hetzij direct (zoals wanneer men de lading van een elektron of de snelheid van het licht meet) of door een relatie te beschrijven die meetbaar is 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 exact dezelfde is als hier, is deze mogelijk omgezet in een andere reeks eenheden.

Deze lijst met belangrijke fysieke constanten - samen met wat commentaar op wanneer ze worden gebruikt - is niet uitputtend. Deze constanten zouden je moeten helpen begrijpen hoe je over deze fysieke concepten moet denken.

Lichtsnelheid

Zelfs voordat Albert Einstein kwam, had natuurkundige James Clerk Maxwell de snelheid van het licht in de vrije ruimte beschreven in zijn beroemde vergelijkingen die elektromagnetische velden beschrijven. Toen Einstein de relativiteitstheorie ontwikkelde, werd de snelheid van het licht relevant als een constante die ten grondslag ligt aan vele belangrijke elementen van de fysieke structuur van de werkelijkheid.

c = 2.99792458 x 10⁸ meter per seconde 

Charge of Electron

De moderne wereld werkt op elektriciteit, en de elektrische lading van een elektron is de meest fundamentele eenheid als het gaat om het gedrag van elektriciteit of elektromagnetisme.

e = 1.602177 x 10^-19 C

Zwaartekrachtconstante

De zwaartekrachtconstante is ontwikkeld als onderdeel van de zwaartekrachtwet ontwikkeld door Sir Isaac Newton. Het meten van de zwaartekrachtconstante is een veel voorkomend experiment dat wordt uitgevoerd door inleidende natuurkundestudenten door het meten van de zwaartekracht tussen twee objecten.

G = 6.67259 x 10^-11 N m²/kg²

Planck is constant

Fysicus Max Planck begon het veld van de kwantumfysica door de oplossing voor de "ultraviolette catastrofe" uit te leggen bij het verkennen van het probleem van de straling van zwarte lichamen. Door dit te doen, definieerde hij een constante die bekend werd als de constante van Planck, die bleef verschijnen in verschillende toepassingen tijdens de kwantumfysische revolutie.

h = 6.6260755 x 10^-34 J s

Avogadro's nummer

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

N_EEN = 6.022 x 10²³ moleculen / mol

Gasconstante

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

R = 8,314510 J / mol K

Boltzmann's Constant

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

Deeltjesmassa's

Het universum bestaat uit deeltjes, en de massa's van die deeltjes verschijnen ook op veel verschillende plaatsen tijdens de studie van de fysica. Hoewel er veel meer fundamentele deeltjes zijn dan alleen deze drie, zijn ze 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

Permittiviteit van vrije ruimte

Deze fysieke constante vertegenwoordigt het vermogen van een klassiek vacuüm om elektrische veldlijnen toe te staan. Het staat ook bekend als epsilon.

ε₀ = 8.854 x 10^-12 C²/ N m²

Coulomb's Constant

De permittiviteit van 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 ontstaat door interactie tussen elektrische ladingen.

k = 1 / (4πε₀) = 8,987 x 10⁹ N m²/ C²

Permeabiliteit van vrije ruimte

Net als de permittiviteit van de 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