Natuurkunde wordt beschreven in de taal van de wiskunde en de vergelijkingen van deze taal maken gebruik van een breed scala aan fysieke constanten . In een zeer reële zin bepalen de waarden van deze fysieke constanten onze realiteit. Een universum waarin ze anders waren, zou radicaal veranderen ten opzichte van het universum waarin we leven.
Constanten ontdekken
De constanten worden over het algemeen verkregen door observatie, hetzij direct (zoals wanneer men de lading van een elektron of de lichtsnelheid 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 precies hetzelfde is als hier, is deze mogelijk omgezet in een andere reeks eenheden.
Deze lijst met belangrijke fysieke constanten — samen met enig commentaar op wanneer ze worden gebruikt — is niet uitputtend. Deze constanten zouden u moeten helpen begrijpen hoe u over deze fysieke concepten moet denken.
Lichtsnelheid
Zelfs voordat Albert Einstein langskwam, 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 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
lading van elektron
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
Zwaartekrachtconstante
De zwaartekrachtconstante werd ontwikkeld als onderdeel van de wet van de zwaartekracht ontwikkeld door Sir Isaac Newton . Het meten van de zwaartekrachtconstante is een veelgebruikt experiment uitgevoerd door inleidende natuurkundestudenten door de zwaartekracht tussen twee objecten te meten.
G = 6.67259 x 10 -11 Nm2 / kg 2
Constante van Planck
Natuurkundige Max Planck begon het gebied van de kwantumfysica door de oplossing voor de "ultraviolette catastrofe" uit te leggen bij het onderzoeken van het stralingsprobleem van zwarte lichamen . Daarbij definieerde hij een constante die bekend werd als de constante van Planck, die tijdens de kwantumfysica-revolutie bleef verschijnen in verschillende toepassingen.
h = 6.6260755 x 10 -34 J s
Nummer van Avogadro
Deze constante wordt veel actiever gebruikt in de scheikunde dan in de natuurkunde, maar het betreft het aantal moleculen dat zich in één mol van een stof bevindt.
N A = 6.022 x 10 23 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 theorie van gassen .
R = 8,314510 J/mol K
Constante van Boltzmann
Deze constante, genoemd naar Ludwig Boltzmann, relateert de energie van een deeltje aan de temperatuur van een gas. Het is de verhouding van de gasconstante R tot het getal NA van Avogadro :
k = R / NA = 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 natuurkunde. Hoewel er veel meer fundamentele deeltjes zijn dan alleen deze drie, zijn dit de meest relevante fysieke constanten die je tegenkomt:
Elektronenmassa = m e = 9.10939 x 10-31 kg
Neutronenmassa = m n = 1,67262 x 10-27 kg
Protonmassa = 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 mogelijk te maken. Het is ook bekend als epsilon niets.
ε 0 = 8.854 x 10 -12 C 2 /Nm 2
Constante van Coulomb
De permittiviteit van vrije ruimte wordt vervolgens gebruikt om de constante van Coulomb te bepalen, een belangrijk kenmerk van de Coulomb-vergelijking die de kracht regelt die wordt gecreëerd door op elkaar inwerkende elektrische ladingen.
k = 1/(4 πε 0 ) = 8.987 x 109 Nm 2 /C 2
Doorlaatbaarheid van vrije ruimte
Net als 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:
μ 0 = 4 π x 10 -7 Wb/A m
