Constant física

Archiu:17pml015 si-constants-card.jpg

Esta ficha presenta els valors de les sèt constants que formen la base del Sistema Internacional d'Unitats.

En cièncias es diu constant física al valor d'una magnitut física que, fixat un sistema d'unitats, permaneix invariable en els processos físics a lo llarc del temps. En contrast, una constant matemàtica representa un valor invariable que no està implicat directament en cap procés físic.

Existixen moltes constants físiques; algunes de les més conegudes són la constant reduïda de Planck ($\hslash$), la constant de gravitació ($G$), la velocitat de la llum ($c$), la permitividad en el buit (${ϵ}_0$), la permeabilidad magnètica en el buit (${\mu }_0$) i la càrrega elemental ($e$). Totes estes, per ser tan fonamentals, són cridades constants universals.

Per un atre costat, des de 1937 Paul Dirac i atres científics han especulat que el valor de les constants físiques podria decréixer en proporció a l'edat del Univers. Fins a la data cap experiment ha indicat que açò siga aixina, encara que s'ha conseguit calcular les cotes màximes d'eixa hipotètica variació de les constants. Les cotes màximes de variació anual resulten, en tot cas, molt menudes, sent de 10^-5 per a l'estructura fina i 10^-11 per a la constant de gravitació. El tema seguix sent motiu de controvèrsia actualment.

Algunes consideracions

Constants dimensionals i adimensionales

Les constants físiques poden tindre dimensions com, per eixemple, la velocitat de la llum en el buit (que en el SI s'expressa en metros per segon), mentres que unes atres, com la constant d'estructura fina ($\alpha$) que caracterisa l'interacció entre electrons i fotons, és adimensional.

A menos que s'usen unitats naturals, el valor de les constants que tinguen dimensions dependrà del sistema d'unitats usat. Pel contrari, les constants adimensionales són independents del sistema d'unitats usat i li les coneix com constants físiques fonamentals. La constant d'estructura fina és, provablement, la millor coneguda d'estes constants adimensionales. Les raons de les masses (o atres propietats) de les partícules són també constants físiques fonamentals.

Les constants físiques i la vida en l'Univers

En moltes d'estes constants ocorre un ajust precís que fa compatible l'existència del ser humà en el cosmos. Si el valor de certes d'eixes constants anara tan sol llaugerament diferent al que posseïxen, l'Univers deuria ser radicalment distint, fent impossible que la vida, tal com la coneixem, poguera emergir. El fet de que l'Univers estiga degudament calibrat i ajustat per a acollir vida inteligent ha intrigado a molts i ha segut també motiu de debat científic i filosòfic. Potser una de les millors respostes que explica l'ajust de les constants és la que dona el principi antrópico. Est afirma que ya que el ser humà està ací, l'Univers ha de ser un univers capaç d'albergar-ho i, per tant, no cal preguntar-se sobre la possibilitat de que dits valors anaren distints ya que, de ser aixina, no hi hauria ningú que poguera preguntar-li-ho.

Taules de constants físiques

NOTA: A pesar que moltes propietats de materials i partícules són constants, no es mostren en les taules ya que són específiques dels respectius materials o partícules.

Taula de constants universals

Cantitat	Símbol	Valor	Error relatiu
Impedència característica del buit	$Z_0={\mu }_{0}c$	376,730 313 461… Ω	definida
Permitividad elèctrica del buit	${ϵ}_0$	8,854 187 817… × 10-12 F·m-1	definida
Permeabilidad magnètica del buit	${\mu }_0$	4π × 10-7 N·A-2 = 1,2566 370 614… × 10-6 N·A-2	definida
Constant de gravitació universal	$G$	6,671 91(99) × 10-11 N·m²/kg2	1,5 × 10-6
Constant de Planck	$h$	6,626 070 15 × 10-34 J·s	definida
Constant reduïda de Planck	$\hslash =\frac{h}{2\pi }$	1,054 571 817 646 16 × 10-34 J·s	exacte
Velocitat de la llum en el buit	$c=\frac{1}{\sqrt{{\mu }_0{ϵ}_0}}$	299 792 458 m·s-1	definida
Constant de Coulomb	$K=\frac{1}{4\pi {ϵ}_0}=c^2*1,0*10^{-7}$	8,987 551 846 127 499… x 109 N·m2·C-2	definida

Taula de constants electromagnètiques

Cantitat	Símbol	Valor1 (unitats SI)	Error relatiu
Magnetón de Bohr	${\mu }_B=e\hslash /2m_e$	9,27400949(80) × 10-24 J·T-1	8,6 × 10-8
Magnetón nuclear	${\mu }_N=e\hslash /2m_p$	5,050 783 43(43) × 10-27 J·T-1	8,6 × 10-8
Resistència quàntica	$R_0=h/2e^2$	12 906,403 729 652 3 Ω	exacte
Constant de von Klitzing	$R_K=h/e^2$	25 812,807 459 304 5 Ω	exacte

Taula de constants atòmiques i nuclears

Cantitat		Símbol	Valor1 (unitats SI)	Error relatiu
Ràdio de Bohr		$a_0=\alpha /4\pi R_{\mathrm{\infty }}$	0,529 177 2108(18) × 10-10 m	3,3 × 10-9
Constant d'acoplament de Fermi		$G_F/(\hslash c{)}^3$	1,166 39(1) × 10-5 GeV-2	8,6 × 10-6
Constant d'estructura fina		$\alpha ={\mu }_0{e}^{2}c/(2h)=e^2/(4\pi {ϵ}_0\hslash c)$	7,297 352 568(24) × 10-3	3,3 × 10-9
Energia de Hartree		$E_h=2R_{\mathrm{\infty }}hc$	4,359 744 17(75) × 10-18 J	1,7 × 10-7
Quàntum of circulation		$h/2m_e$	3,636 947 550(24) × 10-4 m² s-1	6,7 × 10-9
Constant de Rydberg		$R_{\mathrm{\infty }}={\alpha }^2{m}_{e}c/2h$	10 973 731.568 525(73) m-1	6,6 × 10-12
Secció eficaç de Thomson		$(8\pi /3)r_e^2$	0,665 245 873(13) × 10-28 m²	2,0 × 10-8
Àngul de Weinberg		${\sin }^2{\theta }_W=1-(m_W/m_Z{)}^2$	0,222 15(76)	3,4 × 10-3

Taula de constants físic-químiques

Cantitat		Símbol	Valor1 (unitats SI)	Error relatiu
Constant de massa atòmica		$m_u=1u$	1,660 538 86(28) × 10-27 kg	1,7 × 10-7
Número de Avogadro		$N_A,L$	6,022 140 76 × 1023	definida
Constant de Boltzmann		$k=R/N_A$	1,380 649 × 10-23 J·K-1	definida
Constant de Faraday		$F=N_{A}e$	96 485,332 123 310 018 4 C·mol-1	exacte
Primera constant de radiació		$c_1=2\pi h{c}^2$	3,741 771 852 191 76 × 10-16 W·m²	exacte
	per a radiancia espectral	$c_{1L}$	1,191 042 82(20) × 10-16 W · m² sr-1	1,7 × 10-7
Número de Loschmidt	a $T$=273,15 K i $p$=101,325 kPa	$n_0=N_A/V_m$	2,686 7773(47) × 1025 m-3	1,8 × 10-6
Constant universal dels gasos ideals		$R$	8,314 462 618 153 24 J·K-1·mol-1	exacte
Constant molar de Planck		$N_{A}h$	3,990 312 712 893 431 4 × 10-10 J · s · mol-1	exacte
Volum molar d'un gas ideal	a $T$=273,15 K i $p$=100 kPa	$V_m=RT/p$	22,710 981(40) × 10-3 m³ · mol-1	1,7 × 10-6
	a $T$=273.15 K i $p$=101,325 kPa		22,413 996(39) × 10-3 m³ · mol-1	1,7 × 10-6
Constant de Sackur-Tetrode	a $T$=1 K i $p$=100 kPa	$S_0/R=\frac{5}{2}$ $+\ln [(2\pi m_{u}kT/h^2{)}^{3/2}kT/p]$	-1,151 7047(44)	3,8 × 10-6
	a $T$=1 K i $p$=101,325 kPa		-1.164 8677(44)	3,8 × 10-6
Segona constant de radiació		$c_2=hc/k$	1,438 776 877 503 93 × 10-2 m·K	exacte
Constant de Stefan-Boltzmann		$\sigma =({\pi }^2/60)k^4/{\hslash }^3{c}^2$	5,670 374 419 184 43 × 10-8 W·m-2·K-4	exacte
Constant de la llei de desplaçament de Wien		$b_{energia}=(hc/k)/$ 4,965 114 231…	2,897 7685(51) × 10-3 m · K	1,7 × 10-6
Valor convencional de la constant de Josephson2		$K_{J-90}$	483 597,9 × 109 Hz · V-1	definida