الثوابت الفيزيائية الأساسية في الفيزياء

يتم وصف الفيزياء في لغة الرياضيات ، وتستفيد معادلات هذه اللغة من مجموعة واسعة من الثوابت الفيزيائية. بالمعنى الحقيقي للغاية ، تحدد قيم هذه الثوابت الفيزيائية واقعنا. الكون الذي كانوا مختلفين فيه سيتغير جذريًا عن الكون الذي نعيش فيه.

يتم الوصول إلى الثوابت بشكل عام عن طريق المراقبة ، إما مباشرة (كما هو الحال عندما يقيس المرء شحنة الإلكترون أو سرعة الضوء) أو من خلال وصف علاقة قابلة للقياس ثم اشتقاق قيمة الثابت (كما في حالة ثابت الجاذبية). لاحظ أن هذه الثوابت تُكتب أحيانًا بوحدات مختلفة ، لذلك إذا وجدت قيمة أخرى ليست هي نفسها تمامًا كما هي هنا ، فربما تم تحويلها إلى مجموعة أخرى من الوحدات.

هذه القائمة من الثوابت الفيزيائية الهامة - إلى جانب بعض التعليقات حول وقت استخدامها - ليست شاملة. يجب أن تساعدك هذه الثوابت على فهم كيفية التفكير في هذه المفاهيم الفيزيائية.

حتى قبل البرت اينشتاين جاء ، وصف الفيزيائي جيمس كلارك ماكسويل وصف سرعة الضوء في الفضاء الحر في معادلاته الشهيرة التي تصف المجالات الكهرومغناطيسية. كما طور أينشتاين نظرية النسبية، أصبحت سرعة الضوء وثيقة الصلة بكونها ثابتًا يكمن وراء العديد من العناصر المهمة للبنية المادية للواقع.

ج = 2.99792458 × 10⁸ متر في الثانية

يعمل العالم الحديث على الكهرباء ، والشحنة الكهربائية للإلكترون هي الوحدة الأساسية عند الحديث عن سلوك الكهرباء أو الكهرومغناطيسية.

ه = 1.602177 × 10^-19 ج

تم تطوير ثابت الجاذبية كجزء من قانون الجاذبية طورت بواسطة السير اسحق نيوتن. قياس ثابت الجاذبية هو تجربة شائعة أجراها طلاب الفيزياء التمهيدية عن طريق قياس جاذبية الجاذبية بين شيئين.

ج = 6.67259 × 10^-11 N م²/kg²

فيزيائي ماكس بلانك بدأ مجال فيزياء الكم من خلال شرح حل "الكارثة فوق البنفسجية" في الاستكشاف إشعاع الجسم الأسود مشكلة. من خلال القيام بذلك ، حدد ثابتًا أصبح يعرف باسم ثابت بلانك ، والذي استمر في الظهور عبر تطبيقات مختلفة طوال ثورة فيزياء الكم.

ح = 6.6260755 × 10^-34 ياء

يُستخدم هذا الثابت بشكل أكثر نشاطًا في الكيمياء منه في الفيزياء ، لكنه يرتبط بعدد الجزيئات الموجودة في واحد خلد من مادة.

ن_أ = 6.022 × 10²³ جزيئات / مول

هذا ثابت يظهر في الكثير من المعادلات المتعلقة بسلوك الغازات ، مثل قانون الغاز المثالي كجزء من النظرية الحركية للغازات.

ر = 8.314510 جول / مول ك

ويرتبط هذا الثابت ، الذي سمي باسم لودفيج بولتزمان ، بين طاقة الجسيم ودرجة حرارة الغاز. إنها نسبة ثابت الغاز ر إلى رقم Avogadro ن_أ:

ك = ر / ن_أ = 1.38066 × 10-23 جول / ك

يتكون الكون من جسيمات ، وتظهر كتل هذه الجسيمات أيضًا في الكثير من الأماكن المختلفة طوال دراسة الفيزياء. على الرغم من أن هناك الكثير الجسيمات الأساسية من هؤلاء الثلاثة فقط ، هم الثوابت الفيزيائية الأكثر صلة التي ستصادفها:

كتلة الإلكترون = م_ه = 9.10939 × 10^-31 كلغ

كتلة النيوترون = م_ن = 1.67262 × 10^-27 كلغ

كتلة البروتون = م_ص = 1.67492 × 10^-27 كلغ

يمثل هذا الثابت المادي قدرة الفراغ الكلاسيكي على السماح بخطوط المجال الكهربائي. ومن المعروف أيضا باسم إبسيلون شيء.

ε₀ = 8.854 × 10^-12 ج²/ N م²

ثم يتم استخدام السماحية للمساحة الحرة لتحديد ثابت كولوم ، وهي سمة رئيسية لمعادلة كولوم التي تتحكم في القوة الناتجة عن تفاعل الشحنات الكهربائية.

ك = 1/(4πε₀) = 8.987 × 10⁹ N م²/ ج²

على غرار السماحية للمساحة الحرة ، يرتبط هذا الثابت بخطوط المجال المغناطيسي المسموح بها في الفراغ الكلاسيكي. يأتي دوره في قانون Ampere الذي يصف قوة المجالات المغناطيسية:

μ₀ = 4 π × 10^-7 Wb / A م