Fizikai állandó

Fizikai állandó minden olyan fizikai mennyiség, amely általános természetű, és időben változatlannak tételezhető fel.

Dimenzióval jellemzett és dimenziómentes állandókSzerkesztés

Bár a fizikai állandók nagysága független attól, milyen mértékegységben mérik, számértéke függ a mértékegységétől. Így a fény sebessége megadható m/s-ban, de akár mérföld/óra vagy tengeri csomó mértékegységben is.

Eltérést okozhat a definíciós egyenlet megadása. Például a mágneses térerő és indukció kapcsolatában eltér egymástól az SI és a CGS-mértékegységrendszer a 4π értékével.

A hányados jellegű mennyiségek dimenzió nélküliek. Például a m/m (méter per méter) ugyanazt a mérőszámot adja, mintha láb/láb formában lenne megadva.

A fizikai állandók változásaSzerkesztés

Paul Dirac (1937) óta vita tárgyát képezi, hogy a fizikai állandók értéke csökken-e a világegyetem élettartamától függően. A mérések mindeddig nem szolgáltattak bizonyítékot erre. Feltételezik azonban, hogy a G (γ) gravitációs állandó évente 10−11, az α finomszerkezeti állandó évente 10−5 értéknél kisebb mértékben változik.[1]


Emberközpontú szemléletmódSzerkesztés

Vannak olyan feltételezések, hogy, ha az alapvető fizikai állandók értéke elegendő mértékben különbözne a jelenlegitől, nem jöhetett volna létre intelligens élet sehol a Világegyetemben. Másrészt, ha nem létezne intelligens élet, nem volna senki, aki képes volna megfigyelni ezen állandók változatlanságát.

Alapvető fizikai állandókSzerkesztés

mennyiség jele értéke relatív mérési bizonytalansága
fénysebesség vákuumban   299 792 458 m·s−1 pontosan
newtoni gravitációs állandó   6,674 28(67)×10−11 m3·kg−1·s−2 1,0 × 10−4
Planck állandó   6,626 068 96(33) × 10−34 J·s 5,0 × 10−8
redukált Planck (Dirac) állandó   3,313 034 48π−1 × 10−34 J·s =

1,054 571 628(53) × 10−34 J·s

5,0 × 10−8

Elektromágneses állandók táblázataSzerkesztés

mennyiség jele értéke relatív mérési bizonytalansága
mágneses állandó (vákuum permeabilitása)   4π × 10−7 N·A−2 =

1,256 637 061... × 10−6 N·A−2

pontosan
elektromos állandó (vákuum permittivitása)   2,781 625 140 134 046 080 435 224 912 12π−1 × 10−11 F·m−1 =

8,854 187 817... × 10−12 F·m−1

pontosan
a vákuum impedanciája, hullámimpedancia   119,916 983 2π Ω =

376,730 313 461... Ω

pontosan
Coulomb-állandó   8,987 551 787 368 176 4 × 109 N·m²·C−2 pontosan
elemi töltés   1,602 176 487(40) × 10−19 C 2,5 × 10−8
Bohr-magneton   927,400 915(23) × 10−26 J·T−1 2,5 × 10−8
vezetőképességi kvantum   7,748 091 717 914 392 775 819 594 884 104 2(53) × 10−5 S 6,8 × 10−10
inverz vezetőképességi kvantum   12 906,403 749 556 760 396 515 369 018 534(88) Ω 6,8 × 10−10
Josephson állandó   4,835 978 91(12) × 1014 Hz·V−1 2,5 × 10−8
mágneses fluxus kvantum   2,067 833 667(52) × 10−15 Wb 2,5 × 10−8
nukleáris magneton   5,050 783 43(43) × 10−27 J·T−1 8,6 × 10−8
von Klitzing állandó   25 812,807 499 113 520 793 030 738 037 068(18) Ω 6,8 × 10−10

A Josephson-állandó és a von Klitzing-állandók értéke a jövőben lehetővé teszi a kilogramm mértékegységnek az eddiginél megbízhatóbb megmérését. Az erre szolgáló Watt-mérleggel ígéretes vizsgálatok folynak a NIST, a BIPM és a NPL intézetekben.

Atomfizikai és nukleáris állandókSzerkesztés

mennyiség jele értéke relative mérési bizonytalansága
Bohr-sugár   0,529 177 2108(18) × 10−10 m 3,3 × 10−9
elektron sugara   2,817 940 299 579 513 654 416 052 301 942(58) × 10−15 m 2,1 × 10−9
elektron tömege   9,109 382 15(45) × 10−31 kg 5,0 × 10−8
Fermi csatolási tényező   1,166 39(1) × 10−5 GeV−2 8,6 × 10−6
finomszerkezeti állandó   7,297 352 537 6(50) × 10−3 6,8 × 10−10
Hartree energia   4,359 744 17(75) × 10−18 J 1,7 × 10−7
proton tömege   1,672 621 637(83) × 10−27 kg 5,0 × 10−8
cirkulációs kvantum   3,636 947 550(24) × 10−4 m² s−1 6,7 × 10−9
Rydberg állandó   10 973 731,568 525(73) m−1 6,6 × 10−12
Thomson keresztmetszet   6,652 458 73(13) × 10−29 2,0 × 10−8
Weinberg szög   0,222 15(76) 3,4 × 10−3

Fizikai-kémiai állandókSzerkesztés

mennyiség jele értéke relatív mérési bizonytalansága
atomi tömegegység   1,660 538 86(28) × 10−27 kg 1,7 × 10−7
Avogadro-szám   6,022 141 5(10) × 1023 mol−1 1,7 × 10−7
Boltzmann-állandó   1,380 650 388 238 137 546 253 272 195 613 5(24) × 10−23 J·K−1 1,8 × 10−6
Faraday-állandó   96 485,337 716 389 95(83)C·mol−1 8,6 × 10−8
első sugárzási állandó   1,191 042 819 608 808 028 820 490 4π × 10−16 W·m² =

3,741 771 18(19) × 10−16 W·m²

5,0 × 10−8
spektrális sugárzásra   1,191 042 82(20) × 10−16 W·m² sr−1 1,7 × 10−7
Loschmidt állandó  =273,15 K és  =101 325 Pa   2,686 777 3(47) × 1025 m−3 1,8 × 10−6
Egyetemes gázállandó

(moláris gázállandó)

  8,314 472(15) J·K−1·mol−1 1,7 × 10−6
moláris Planck-állandó   3,990 312 716(27) × 10−10 J·s·mol−1 6,7 × 10−9
ideális gáz moláris térfogata  =273,15 K és  =100 000 Pa   2,271 098 026 8(40) × 10−2 m³·mol−1 1,7 × 10−6
 =273,15 K és  =101 325 Pa 2,241 399 483 641 746 854 182 087 342 709 1(39) × 10−2 m³·mol−1 1,7 × 10−6
Sackur–Tetrode állandó  =1 K és  =100 000 Pa  
 
−1,151 704 7(44) 3,8 × 10−6
 =1 K és  =101 325 Pa −1,164 867 7(44) 3,8 × 10−6
második sugárzási állandó   1,438 775 2(25) × 10−2 m·K 1,7 × 10−6
Stefan-Boltzmann állandó   5,670 400(40) × 10−8 W·m−2·K−4 7,0 × 10−6
Wien-féle eltolási törvény állandója   4.965 114 231... 2,897 768 5(51) × 10−3 m·K 1,7 × 10−6

Az ideális gáz normál állapota ISO és az IUPAC szerint 100 000 Pa, a NIST szerint 101 325 Pa nyomásra vonatkozik.

Megállapodás szerinti állandókSzerkesztés

mennyiség jele értéke relatív mérési bizonytalansága
Josephson állandó alapértéke   4,835 979 × 1014 Hz·V−1 pontosan
von Klitzing állandó alapértéke   25 812,807 Ω pontosan
moláris tömeg állandóként   1 × 10−3 kg·mol−1 pontosan
a szén-12-ből   1,2×10−2 kg·mol−1 pontosan
a földi nehézségi gyorsulás szabványos értéke (a szabadesés a Föld felszínén)   9,806 65 m·s−2 pontosan
szabványos légnyomás   101 325 Pa pontosan

A 24. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia határozatai értelmében pontos (konvencionális) értékűvé vált a cézium által kibocsátott frekvencia (idő), a fénysebesség (hosszúság), a Planck-állandó (tömeg), az elemi töltés nagysága (áramerősség), a Boltzman-állandó (hőmérséklet), az Avogadro-állandó (anyagamennyiség) és a maximális spektrális fényhasznosítás (fényerősség) értéke[2]

A 26. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia (2018-ban) további állandók értékét is rögzítette.

Dimenzióanalízissel leszármaztatott állandókSzerkesztés

A dimenzióanalízis lehetővé teszi, hogy az öt alapvető fizikai állandó,   és   értékéből további fizikai állandók legyenek származtatva. Ez az eljárás előnyös további fizikai elméletek megfogalmazásához.

Az eljárás hasonló az ú.n. hiperfizika[3] módszeréhez, amely a Planck-állandóból vezeti le a fizikai mennyiségeket.

dimenzió, fizikai mennyiség származtatott állandó SI érték
hosszúság   4,05 × 10−35 m
terület, keresztmetszet   1,64 × 10−69
térfogat   6,64 × 10−104
idő   1,35 × 10−43 s
tömeg   5,46 × 10−8 kg
sűrűség   8,24 × 1095 kg/m³
sebesség   3,00 × 108 m/s
gyorsulás (és gravitációs térerő)   2,22 × 1051 m/s²
erő   1,21 × 1044 N
nyomás és mechanikai feszültség   7,41 × 10112 Pa
impulzus, lendület   1,64 × 101 N s
impulzusmomentum, perdület   6,63 × 10−34 J s
energia, munka   4,91 × 109 J
gravitációs potenciál   9,00 × 1016 m²/s²
teljesítmény   3,64 × 1052 W
kisugárzott felületi teljesítmény   2,22 × 10121 W/m²
elektromos töltés   1,60 × 10−19 C
elektromos töltés   1,32 × 10−18 C
elektromos töltéssűrűség   2,41 × 1084 C/m³
elektromos áram   1,19 × 1024 A
villamos áramsűrűség   7,24 × 1092 A/m²
elektromos térerősség   7,59 × 1062 N/C
mágneses térerősség   2,53 × 1054 T
elektromos potenciál és elektromos feszültség   3,90 × 1015 V
mágneses potenciál   1,02 × 1020 T m
elektromos dipólusmomentum   6,48 × 10−54 C m
mágneses dipólusmomentum   1,94 × 10−45 C m²/s
elektromos ellenállás   2,59 × 104  
elektromos kapacitás   5,21 × 10−48 F
mágneses fluxus   4,14 × 10−15 T m²
induktivitás   3,49 × 10−39 H

JegyzetekSzerkesztés

  1. (angol)ArsTechnica: Állandók-e az állandók?
  2. Resolution 1 of the 24th CGPM. bipm.org, 2011. (Hozzáférés: 2011. december 11.)
  3. Hyperfizika

ForrásokSzerkesztés

Külső forrásokSzerkesztés