Constante física

Constante física

En ciencias se entiende por constante física el valor de una magnitud física cuyo valor, fijado un sistema de unidades, permanece invariable en los procesos físicos a lo largo del tiempo. En contraste, una constante matemática representa un valor invariable que no está implicado directamente en ningún proceso físico.

Existen muchas constantes físicas; algunas de las más conocidas son la constante reducida de Planck  \hbar \ , la constante de gravitación  G \ , la velocidad de la luz  c \ , la permitividad en el vacío  \epsilon_0 \ , la permeabilidad magnética en el vacío  \mu_0 \ y la carga elemental  e \ . Todas éstas, por ser tan fundamentales, son llamadas constantes universales.

Por otro lado, desde 1937 Paul Dirac y otros científicos han especulado que el valor las constantes físicas podría decrecer en proporción a la edad del Universo. Hasta la fecha ningún experimento ha indicado que esto sea así, aunque se ha logrado calcular las cotas máximas de esa hipotética variación de las constantes. Las cotas máximas de variación anual resultan, en todo caso, muy pequeñas, siendo de 10-5 para la estructura fina y 10-11 para la constante de gravitación. El tema sigue siendo motivo de controversia actualmente.

Contenido

Algunas consideraciones

Constantes dimensionales y adimensionales

Las constantes físicas pueden tener dimensiones como, por ejemplo, la velocidad de la luz en el vacío (que en el SI se expresa en metros por segundo), mientras que otras, como la constante de estructura fina  \alpha \ que caracteriza la interacción entre electrones y fotones, es adimensional.

A menos que se usen unidades naturales, el valor de las constantes que tengan dimensiones dependerá del sistema de unidades usado. Por el contrario, las constantes adimensionales son independientes del sistema de unidades usado y se las conoce como constantes físicas fundamentales. La constante de estructura fina es, probablemente, la mejor conocida de estas constantes adimensionales. Las razones de las masas (u otras propiedades) de las partículas son también constantes físicas fundamentales.

Las constantes físicas y la vida en el Universo

En muchas de estas constantes ocurre un ajuste preciso que hace compatible la existencia del ser humano en el cosmos. Si el valor de ciertas de esas constantes fuese tan solo ligeramente diferente al que poseen, el Universo debería ser radicalmente distinto, haciendo imposible que la vida, tal como la conocemos, pudiese emerger. El hecho de que el Universo esté debidamente calibrado y ajustado para acoger vida inteligente ha intrigado a muchos y ha sido también motivo de debate científico y filosófico. Quizá una de las mejores respuestas que explica el ajuste de las constantes es la que da el principio antrópico. Este afirma que dado que el ser humano está aquí, el Universo ha de ser un universo capaz de albergarlo y, por tanto, no cabe preguntarse sobre la posibilidad de que dichos valores fuesen distintos ya que, de ser así, no habría nadie que pudiese preguntárselo.

Tablas de constantes físicas

NOTA: A pesar que muchas propiedades de materiales y partículas son constantes, no se muestran en las tablas ya que son específicas de los respectivos materiales o partículas.

Tabla de constantes universales

Cantidad Símbolo Valor Error relativo
Impedancia característica en el vacío Z_0 = \mu_0 c \, 376,730 313 461... Ω definida
Permitividad en el vacío \epsilon_0 = 1 / ( \mu_0 c^2 )\, 8,854 187 817... × 10-12 F·m-1 definida
Permeabilidad magnética en el vacío  \mu_0 \, 4π × 10-7 N·A-2 = 1,2566 370 614... × 10-6 N·A-2 definida
Constante de gravitación universal G \, 6,6742(10) × 10-11 N·m2/kg2 1,5 × 10-4
Constante de Planck h \, 6,626 0693(11) × 10-34 J·s 1,7 × 10-7
Constante reducida de Plack \hbar = h / (2 \pi) 1,054 571 68(18) × 10-34 J·s 1,7 × 10-7
Velocidad de la luz en el vacío c \, 299 792 458 m·s-1 definida

Tabla de constantes electromagnéticas

Cantidad Símbolo Valor1 (unidades SI) Error relativo
Magnetón de Bohr \mu_B = e \hbar / 2 m_e 9,27400949(80) × 10-24 J·T-1 8,6 × 10-8
Magnetón nuclear \mu_N = e \hbar / 2 m_p 5,050 783 43(43) × 10-27 J·T-1 8,6 × 10-8
Resistencia cuántica R_0 = h / 2 e^2 \, 12 906,403 725(43) Ω 3,3 × 10-9
Constante de von Klitzing R_K = h / e^2 \, 25 812,807 449(86) Ω 3,3 × 10-9

Tabla de constantes atómicas y nucleares

Cantidad Símbolo Valor1 (unidades SI) Error relativo
Radio de Bohr a_0 = \alpha / 4 \pi R_\infin \, 0,529 177 2108(18) × 10-10 m 3,3 × 10-9
Constante de acoplamiento de Fermi G_F / (\hbar c)^3 1,166 39(1) × 10-5 GeV-2 8,6 × 10-6
Constante de estructura fina \alpha = \mu_0 e^2 c / (2 h) = e^2 / (4 \pi \epsilon_0 \hbar c) \, 7,297 352 568(24) × 10-3 3,3 × 10-9
Energía de Hartree E_h = 2 R_\infin h c \, 4,359 744 17(75) × 10-18 J 1,7 × 10-7
Quantum of circulation h / 2 m_e \, 3,636 947 550(24) × 10-4 m2 s-1 6,7 × 10-9
Constante de Rydberg R_\infin = \alpha^2 m_e c / 2 h \, 10 973 731.568 525(73) m-1 6,6 × 10-12
Sección eficaz de Thomson (8 \pi / 3)r_e^2 0,665 245 873(13) × 10-28 m2 2,0 × 10-8
Ángulo de Weinberg \sin^2 \theta_W = 1 - (m_W / m_Z)^2 \, 0,222 15(76) 3,4 × 10-3


Tabla de constantes físico-químicas

Cantidad Símbolo Valor1 (unidades SI) Error relativo
Unidad de masa atómica m_u = 1 \ u \, 1,660 538 86(28) × 10-27 kg 1,7 × 10-7
Número de Avogadro N_A, L \, 6,022 14199(47) × 1023 7,8 × 10-8
Constante de Boltzmann k = R / N_A \, 1,380 6505(24) × 10-23 J·K-1 1,8 × 10-6
Constante de Faraday F = N_A e \, 96 485,3383(83)C·mol-1 8,6 × 10-8
Primera constante de radiación c_1 = 2 \pi h c^2 \, 3,741 771 38(64) × 10-16 W·m2 1,7 × 10-7
para 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 y p=101,325 kPa n_0 = N_A / V_m \, 2,686 7773(47) × 1025 m-3 1,8 × 10-6
Constante universal de los gases ideales R \, 8,314 472(15) J·K-1·mol-1 1,7 × 10-6
Constante molar de Planck N_A h \, 3,990 312 716(27) × 10-10 J · s · mol-1 6,7 × 10-9
Volumen molar de un gas ideal a T=273,15 K y p=100 kPa V_m = R T / p \, 22,710 981(40) × 10-3 m3 · mol-1 1,7 × 10-6
a T=273.15 K y p=101.325 kPa 22,413 996(39) × 10-3 m3 · mol-1 1,7 × 10-6
Sackur-Tetrode constant a T=1 K y p=100 kPa S_0 / R = \frac{5}{2}
 + \ln\left[ (2\pi m_u k T / h^2)^{3/2} k T / p \right]
-1,151 7047(44) 3,8 × 10-6
a T=1 K y p=101,325 kPa -1.164 8677(44) 3,8 × 10-6
Segunda constante de radiación c_2 = h c / k \, 1,438 7752(25) × 10-2 m·K 1,7 × 10-6
Constante de Stefan-Boltzmann \sigma = (\pi^2 / 60) k^4 / \hbar^3 c^2 5,670 400(40) × 10-8 W·m-2·K-4 7,0 × 10-6
Constante de la ley de desplazamiento de Wien b = (h c / k) /   \, 4,965 114 231... 2,897 7685(51) × 10-3 m · K 1,7 × 10-6
Valor convencional de la constante de Josephson2 K_{J-90} \, 483 597,9 × 109 Hz · V-1 definida

Notas

1Los valores se dan en la llamada forma concisa; El número entre paréntesis es el error absoluto, que se obtiene de multiplicar el propio valor por el error relativo.
2Este es el valor adoptado internacionalmente para realizar representaciones del voltio usando el efecto Josephson.
3Este es el valor adoptado internacionalmente para realizar representaciones del ohmio usando el efecto cuántico de Hall.

Véase también

Referencias


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