Физическа константа

Физическа константа, понякога фундаментална физическа константа или универсална константа, е физична величина, за която се смята, че е универсална по природа и стойността ѝ е постоянна във времето. За разлика от физическата, математическата константа има фиксирана числена стойност, но за нея не се изисква някакво директно физическо измерване.

В науката има много физически константи, като някои от най-широко признатите са скоростта на светлината във вакуум с, гравитационната константа G, константата на Планк h, диелектричната константа на вакуума ε₀ и елементарният заряд e. Физическите константи могат да имат най-различна размерност, която зависи от физичната величина: скоростта на светлината има размерност дължина, разделена на време, докато константата на тънката структура α, която характеризира силата на електромагнитното взаимодействие, е безразмерна. Понятието се отнася именно до величината, а не до конкретната ѝ стойност, която може да се измерва в различни единици.

Понятието фундаментална физическа константа понякога се използва за обозначаване на универсални оразмерени физически константи, като споменатите по-горе Все по-често обаче физиците го употребяват за безразмерни физични константи, като константата на фината структура α. Фундаменталните константи фигурират в уравненията, описващи фундаменталните природни закони и свойствата на материята. Те се появяват в теоретичните модели на явленията като универсални коефициенти в съответните математически изрази.

Физическата константа в смисъла, обсъждан в тази статия, не трябва да се бърка с други величини, наречени „константи“, за които се приема, че са постоянни в даден контекст, но без да се считат фундаментални, като например „времеконстанта“ – характеристика на дадена система (например електрическа верига) или константи, характеризиращи материалите, като константата на Маделунг, специфичната електроповодимост и топлоемкостта.

На 16 ноември 2018 г. Международното бюро за мерки и теглилки гласува за предефиниране на няколко основни единици в международната система от единици (SI), като фиксира стойностите в системата SI на няколко физически константи, сред които константата на Планк, h, елементарния заряд e, константата на Болцман k_B и числото на Авогадро N_A. Новите фиксирани стойности се основават на най-прецизни измервания на константите въз основа на възприетите дефиниции.

Стойности

През 1969 г. към Комитета по данни за наука и техниката CODATA е създадена работна група по фундаменталните константи (Шаблон:Lang). Нейната цел е веднъж на четири години да публикува международно приет набор от стойности за константите и коефициентте за тяхното преобразуване.

Наборът от фундаментални константи за 2018 г. ще се основава на новите определения на Международната система от единици (SI), поради което се очаква грешките в определянето на редица константи значително да се променят .

Таблица на физическите константи

Универсални константи

Величина	Символ	Стойност
характеристично съпротивление на вакуума	$Z_0={\mu }_{0}c$	376,730313461 ... Ω
електрическа константа (диелектрична проницаемост на вакуума)	${\epsilon }_0=1/{\mu }_0{c}^2$	8,854 187 817 ... × 10 −12 F⋅m −1
магнитна константа (магнитна проницаемост на вакуума)	${\mu }_0$	12,566 370 614 ... × 10 −7 N⋅A −2
Гравитационна константа	$G$	6,674 08 (31) × 10 −11 m 3 ⋅kg −1 s −2
Константа на Планк	$h$	6,626 070 040 (81) × 10 −34 J⋅s
редуцирана константа на Планк	$\hslash$	1,054 571 800 (13) × 10 −34 Js
скорост на светлината във вакуум	$c$	299 792 458 m / s

Електромагнитни константи

Величина	Символ	Стойност (в SI)
Магнетон на Бор	${\mu }_{\mathrm{B}}=e\hslash /2m_{\mathrm{e}}$	927,400 9994(57) × 10−26 J⋅T−1
квант на електрическата проводимост (conductance quantum)	$G_0=2e^2/h$	7,748 091 7310(18) × 10−5 S
елементарен електрически заряд	$e$	1,602 176 6208(98) × 10−19 C
реципрочен квант на ел. проводимост (inverse conductance quantum)	$G_0^{-1}=h/2e^2$	12 906,403 7278(29) Ω
константа на Джоузефсън	$K_{\mathrm{J}}=2e/h$	483 597,8525(30) × 109 Hz⋅V−1
квант на магнитния поток	${\mathrm{\Phi }}_0=h/2e$	2,067 833 831(13) × 10−15 Wb
ядрен магнетон	${\mu }_{\mathrm{N}}=e\hslash /2m_{\mathrm{p}}$	5,050 783 699(31) × 10−27 J⋅T−1
Константа на фон Клицинг	$R_{\mathrm{K}}=h/e^2$	25 812,807 4555(59) Ω

Атомни и ядрени константи

Величина	Символ	Стойност (в SI)
радиус на Бор	$a_0=\hslash /\alpha m_{e}c$	0,529 177 210 67(12) × 10−10 m
класически радиус на електрона	$r_{\mathrm{e}}=e^2/4\pi {\epsilon }_0{m}_{\mathrm{e}}{c}^2$	2,817 940 3227(19) × 10−15 m
електронен G-фактор	$g_{\mathrm{e}}$	−2,002 319 304 361 82(52)
маса на електрона	$m_{\mathrm{e}}$	9,109 383 56(11) × 10−31 kg
Константа на тънката структура	$\alpha ={\mu }_0{e}^{2}c/2h=e^2/4\pi {\epsilon }_0\hslash c$	7,297 352 5664(17) × 10−3
енергия на Хартри	$E_{\mathrm{h}}=2R_{\mathrm{\infty }}hc$	4,359 744 650(54) × 10−18 J
реципрочна Константа на тънката структура	${\alpha }^{-1}$	137,035 999 139(31)
маса на протона	$m_{\mathrm{p}}$	1,672 621 898(21) × 10−27 kg
Константа на Ридберг	$R_{\mathrm{\infty }}={\alpha }^2{m}_{\mathrm{e}}c/2h$	10 973 731,568 508(65) m−1
Сечение на Томпсън	${\sigma }_{\text{e}}=(8\pi /3)r_{\mathrm{e}}^2$	0,665 245 871 58(91) × 10−28 m2

Физико-химични константи

Величина		Символ	Стойност (в SI)
Единица за атомна маса		$m_{\text{u}}=1\text{u}$	1,660 539 040(20) × 10−27 kg
Число на Авогадро		$N_{\text{A}},L$	6,022 140 857(74) × 1023 mol−1
Константа на Болцман		$k=k_{\text{B}}=R/N_{\text{A}}$	1,380 648 52(79) × 10−23 J⋅K−1
Константа на Фарадей		$F=N_{\text{A}}e$	96 485,332 89(59) C⋅mol−1
първа радиационна константа (first radiation constant)		$c_1=2\pi h{c}^2$	3,741 771 790(46) × 10−16 W⋅m2
първа радиационна константа за спектрално излъчване (first radiation constant for spectral radiance)		$c_{\text{1L}}=c_1/\pi$	1,191 042 953(15) × 10−16 W⋅m2⋅sr−1
Константа на Лошмит	$T$ = 273.15 K, $p$ = 100 kPa	$n_0=N_{\text{A}}/V_{\text{m}}$	2,651 6467(15) × 1025 m−3
	$T$ = 273.15 K, $p$ = 101.325 kPa		2,686 7811(15) × 1025 m−3
Универсална газова константа		$R$	8,314 4598(48) J⋅mol−1⋅K−1
моларна константа на Планк		$N_{\text{A}}h$	3,990 312 7110(18) × 10−10 J⋅s⋅mol−1
Моларен обем на идеален газ	$T$ = 273.15 K, $p$ = 100 kPa	$V_{\text{m}}=RT/p$	2,271 0947(13) × 10−2 m3⋅mol−1
	$T$ = 273.15 K, $p$ = 101.325 kPa		2,241 3962(13) × 10−2 m3⋅mol−1
втора радиационна константа		$c_2=hc/k$	1,438 777 36(83) × 10−2 m⋅K
Константа на Стефан – Болцман		$\sigma ={\pi }^2{k}^4/60{\hslash }^3{c}^2$	5,670 367(13) × 10−8 W⋅m−2⋅K−4