Таблица физических констант: значения и где они применяются
Физическая константа — это величина, которая не меняется независимо от условий эксперимента: скорость света в вакууме одинакова что в лаборатории, что в далёкой галактике. На этих величинах держится вся точная физика — от школьной задачи про идеальный газ до расчёта орбиты спутника. Проблема в другом: константы разбросаны по десяткам учебников и разделов, и под рукой редко оказывается полный список сразу. Собрали основные физические константы в одну таблицу — с текущими значениями и пояснением, где каждая из них реально пригождается.
Что считается физической константой
Не всё, что называют «константой» в физике, строго ею является. Есть фундаментальные величины — скорость света, постоянная Планка, элементарный заряд — они не зависят ни от вещества, ни от условий. А есть параметры вещества: теплоёмкость, электрическое сопротивление конкретного металла — они тоже «постоянные», но только для этого вещества и в определённых условиях. В этой статье речь о первой группе — универсальных физических константах, которые входят в фундаментальные уравнения физики.
Отдельно стоит различать физические и математические константы. Число π и число e (основание натурального логарифма) — математические величины, они не имеют физической размерности и появляются в формулах независимо от природы явления. Ускорение свободного падения g, наоборот, физическая величина, но не универсальная константа: оно зависит от того, где именно его измеряют — на экваторе или у полюса, на уровне моря или в горах. То значение g, которое используют в расчётах (9,80665 м/с²), — это условный стандарт, а не фундаментальная постоянная природы.
Таблица физических констант
Ниже — величины, которые чаще всего нужны в расчётах по механике, термодинамике, электричеству и квантовой физике.
| Константа | Обозначение | Значение | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Скорость света в вакууме | c | 299 792 458 | м/с |
| Постоянная Планка | h | 6,62607015 × 10⁻³⁴ | Дж·с |
| Приведённая постоянная Планка | ħ | 1,054571817 × 10⁻³⁴ | Дж·с |
| Элементарный заряд | e | 1,602176634 × 10⁻¹⁹ | Кл |
| Постоянная Больцмана | k | 1,380649 × 10⁻²³ | Дж/К |
| Постоянная Авогадро | Nₐ | 6,02214076 × 10²³ | моль⁻¹ |
| Универсальная газовая постоянная | R | 8,314462618 | Дж/(моль·К) |
| Гравитационная постоянная | G | 6,67430 × 10⁻¹¹ | м³/(кг·с²) |
| Электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума) | ε₀ | 8,8541878128 × 10⁻¹² | Ф/м |
| Стандартное ускорение свободного падения | g | 9,80665 | м/с² |
Реформа СИ 2019 года: почему часть констант теперь «точные»
С 20 мая 2019 года четыре величины из таблицы — постоянная Планка, элементарный заряд, постоянная Больцмана и число Авогадро — перестали быть измеряемыми и стали определяться точно, по договорённости. До реформы их значения уточняли экспериментально, и с каждым новым измерением цифры после запятой немного менялись. Теперь наоборот: сами единицы СИ (килограмм, ампер, кельвин, моль) выражаются через эти константы, а не константы — через единицы.
Гравитационная постоянная G в этот список не попала — она остаётся измеряемой величиной, и это единственная фундаментальная константа, известная с относительно низкой точностью: разные лаборатории до сих пор получают немного отличающиеся значения в шестом знаке после запятой. Причина — крайне слабое гравитационное взаимодействие в лабораторных масштабах, из-за которого измерение G технически сложнее, чем измерение любой другой константы из таблицы.
Где эти константы используются на практике
У каждой константы из таблицы — своя конкретная область, где без неё не обойтись:
- скорость света c — расчёт времени задержки сигнала GPS, теория относительности, перевод энергии в массу по формуле E=mc²;
- постоянная Планка h — квантовая механика, расчёт энергии фотона, работа полупроводников и лазеров;
- постоянная Больцмана k — статистическая физика, связь температуры с энергией движения частиц;
- постоянная Авогадро Nₐ — химические расчёты, перевод между количеством вещества в молях и числом частиц;
- универсальная газовая постоянная R — уравнение состояния идеального газа, расчёты в термодинамике;
- гравитационная постоянная G — расчёт орбит спутников и планет, определение массы небесных тел.
На практике редко приходится держать в голове все десять значений сразу — обычно для конкретной задачи нужны одна-две константы, и здесь удобнее один раз свериться с таблицей, чем искать нужную величину по разным учебникам.
Как не ошибиться при расчётах
Две вещи стоит проверять отдельно. Во-первых, единицы измерения: постоянная Планка выражается в джоуль-секундах, а не в джоулях — при подстановке в формулу это критично. Во-вторых, порядок величины: большинство физических констант — это очень маленькие или очень большие числа со степенью десяти, и одна ошибка в показателе степени меняет результат в разы, а иногда и на порядки.
Коротко о физических константах
Физические константы — это фундаментальные величины вроде скорости света или постоянной Планка, которые не зависят от условий измерения. С 2019 года четыре из них (h, e, k, Nₐ) определены точно и лежат в основе международной системы единиц, тогда как гравитационная постоянная G по-прежнему остаётся экспериментально измеряемой величиной. Для расчётов важно не только помнить значения, но и точно подставлять единицы измерения — большинство ошибок в задачах связано именно с этим, а не с самими константами.
