Фундаментальные физические постоянные
Таблица фундаментальных физических постоянных в системе СИ: скорость света, постоянная Планка, элементарный заряд, постоянные Больцмана и Авогадро (точные по определению с 2019 года), электрическая и магнитная постоянные, массы электрона и протона, гравитационная постоянная, постоянная тонкой структуры, а также часто используемые производные величины: тепловое напряжение, газовая постоянная, электронвольт.
С 20 мая 2019 года семь основных единиц СИ определяются через фиксированные значения физических постоянных. Поэтому скорость света, постоянная Планка, элементарный заряд, постоянные Больцмана и Авогадро теперь точные — у них нет погрешности. Остальные постоянные измеряются экспериментально; для них приведено столько знаков, сколько достаточно для инженерных и учебных расчётов.
Постоянные, точные по определению
| Величина | Обозначение | Значение |
|---|---|---|
| Скорость света в вакууме | c | 299 792 458 м/с |
| Постоянная Планка | h | 6,626 070 15·10⁻³⁴ Дж·с |
| Элементарный заряд | e | 1,602 176 634·10⁻¹⁹ Кл |
| Постоянная Больцмана | k | 1,380 649·10⁻²³ Дж/К |
| Постоянная Авогадро | NA | 6,022 140 76·10²³ моль⁻¹ |
| Частота сверхтонкого перехода цезия-133 | ΔνCs | 9 192 631 770 Гц |
| Световая эффективность излучения 540 ТГц | Kcd | 683 лм/Вт |
Из них точно вычисляются и производные постоянные: молярная газовая постоянная R = NAk = 8,314 462 618… Дж/(моль·К), постоянная Фарадея F = NAe = 96 485,332 12… Кл/моль, приведённая постоянная Планка ħ = h/2π = 1,054 571 817…·10⁻³⁴ Дж·с, электронвольт 1 эВ = 1,602 176 634·10⁻¹⁹ Дж.
Измеряемые постоянные
| Величина | Обозначение | Значение |
|---|---|---|
| Электрическая постоянная | ε0 | 8,854 187 8·10⁻¹² Ф/м |
| Магнитная постоянная | μ0 | 1,256 637 06·10⁻⁶ Гн/м |
| Волновое сопротивление вакуума | Z0 = μ0c | 376,730 31 Ом |
| Постоянная тонкой структуры | α | 1/137,035 999 |
| Масса электрона | me | 9,109 383 7·10⁻³¹ кг |
| Масса протона | mp | 1,672 621 92·10⁻²⁷ кг |
| Масса нейтрона | mn | 1,674 927 5·10⁻²⁷ кг |
| Атомная единица массы | u | 1,660 539 07·10⁻²⁷ кг |
| Гравитационная постоянная | G | 6,674 3·10⁻¹¹ м³/(кг·с²) |
| Постоянная Стефана — Больцмана | σ | 5,670 374·10⁻⁸ Вт/(м²·К⁴) |
| Постоянная Ридберга | R∞ | 10 973 731,6 м⁻¹ |
Постоянная Стефана — Больцмана после 2019 года выражается через точные h, c и k, поэтому тоже точна; в таблице она приведена с округлением. До 2019 года μ0 была точной (4π·10⁻⁷ Гн/м), теперь она измеряемая, но отличается от 4π·10⁻⁷ меньше чем на одну миллиардную. Для расчётов можно по-прежнему пользоваться 4π·10⁻⁷.
Величины, которые нужны в электронике
| Величина | Формула | Значение |
|---|---|---|
| Тепловое напряжение при 300 К | kT/e | 25,85 мВ |
| Тепловое напряжение при 25 °C | kT/e | 25,69 мВ |
| Тепловой шум резистора 1 кОм при 300 К | √(4kTR) | 4,07 нВ/√Гц |
| Квант магнитного потока | h/2e | 2,067 833 848…·10⁻¹⁵ Вб |
| Квант проводимости | 2e²/h | 7,748 091 73…·10⁻⁵ См |
| Постоянная фон Клитцинга | h/e² | 25 812,807 45… Ом |
| Длина волны 1 ГГц в вакууме | c/f | 29,98 см |
| Энергия фотона 1 эВ — длина волны | hc/E | 1239,84 нм |
Тепловое напряжение входит в уравнение диода и транзистора: при комнатной температуре ток диода увеличивается в e раз на каждые ≈ 26 мВ (умноженные на коэффициент неидеальности) прямого напряжения. Скорость распространения сигнала по дорожке печатной платы равна c/√εэфф, где εэфф — эффективная диэлектрическая проницаемость (см. таблицу проницаемостей).
Комментарии и вопросы