Imagen: El Sistema Internacional de Unidades (SI) está compuesto por siete unidades básicas adoptadas internacionalmente por la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM). Estas constantes se fijaron el 20 de mayo de 2019 y permiten definir las siete unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (segundo, metro, kilogramo, amperio, kelvin, mol y candela).
Estas siete unidades se encuentran en todos los aspectos de nuestra vida diaria.
En física, una constante fundamental es una cantidad cuyo valor es fijo y universal, es decir válido en todas partes del universo. Las constantes son esenciales para nuestra comprensión del universo porque son la base de muchas leyes y teorías de la física. También se utilizan para definir las unidades de medida del Sistema Internacional de Unidades (SI).
Una constante no puede deducirse de leyes físicas y debe medirse experimentalmente con la mayor precisión posible.
Las constantes fundamentales desempeñan un papel crucial en la física porque entran en juego en muchas ecuaciones fundamentales y, por tanto, en nuestra comprensión del mundo.
En otras palabras, estas constantes fundamentales están intrínsecamente vinculadas a las unidades básicas del SI porque definen las propiedades fundamentales del universo y permiten la medición y comprensión precisas de los fenómenos físicos a diferentes escalas.
Las siete constantes fundamentales esenciales para definir las siete unidades base del Sistema Internacional de Unidades (SI) son:
1. La frecuencia de la transición hiperfina del estado fundamental del átomo de Cesio 133, representada por (ΔνCs), es igual a 9.192.631.770 Hz.
Esta constante define los segundos.
Un átomo de Cesio 133 pasa del nivel hiperfino F=3 al nivel hiperfino F=4 emitiendo un fotón con una frecuencia de 9.192.631.770 Hz. Su valor no ha cambiado significativamente desde que se midió por primera vez en 1955. En otras palabras, un segundo se define como la duración de 9.192.631.770 ciclos de esta transición. Esto significa que el segundo es una unidad de tiempo extremadamente precisa. La precisión actual es de aproximadamente 1 segundo en 300 millones de años.
2. La velocidad de la luz en el vacío, representada por (c), es igual a 299.792.458 m/s.
Esta constante define el metro (m).
La precisión de la velocidad de la luz en el vacío es actualmente de 1 parte en 10^15. Esto significa que el valor medido es 299.792.458 metros por segundo con una incertidumbre de 0,000.000.000.000.001 metros por segundo. Es una de las constantes físicas medidas con mayor precisión. La precisión actual de la velocidad de la luz se traduce en una precisión de un metro de aproximadamente 3 × 10 ^ (-10), o aproximadamente 30 nanómetros.
3. La constante de Planck, representada por (h), es igual a 6,626 070 15 × 10^(-34) kg m^2 s^-1 (o J s).
Esta constante define el kilogramo (kg).
Esto significa que el kilogramo ahora se define como la masa de un objeto que tiene una energía cinética de 6,626070 15 × 10^(-34) J cuando se mueve a una velocidad de 1 metro por segundo. La definición basada en la constante de Planck es independiente de cualquier objeto físico en particular. La precisión relativa es de aproximadamente 2 × 10^(-8), lo que significa que la masa de un kilogramo se conoce con una incertidumbre de aproximadamente 20 microgramos.
4. La carga elemental, representada por (e), es igual a 1,602 176 634 × 10^(-19) C.
Esta constante define el amperio (A).
La carga elemental es la carga eléctrica transportada por un protón o un electrón. El culombio (C) es la unidad de carga eléctrica. Se define como la cantidad de electricidad transportada por una corriente de un amperio durante un segundo. En otras palabras, un amperio es igual a un culombio por segundo 1 A = 1 C/s. La precisión de la carga elemental es actualmente de aproximadamente 2,5 × 10^(-8). Esto significa que el valor de e se conoce con una incertidumbre relativa de aproximadamente 25 partes por mil millones.
5. La constante de Boltzmann, representada por (k), es igual a 1,380 649 × 10^(-23) J/K.
Esta constante define el kelvin (K).
La constante de Boltzmann es esencial en termodinámica estadística. Está relacionado con la unidad básica de julio por kelvin (J/K) en el SI, porque relaciona la energía térmica con la temperatura absoluta. El Kelvin es la unidad termodinámica de temperatura, mientras que el Joule es la unidad de energía. La precisión de Kelvin es de aproximadamente 2 × 10^(-8), o aproximadamente 20 microkelvins.
6. El número de Avogadro, representado por (NA), es igual a 6.022 140 76 × 10^(23) mol^(-1).
Esta constante define el mol (mol).
El número de Avogadro representa el número de entidades elementales (átomos o moléculas) en un mol de materia, lo cual es crucial para los cálculos en química y física de materiales. Entonces, un mol es una cantidad que contiene exactamente NA entidades elementales, ya sean átomos, iones, moléculas o partículas. La precisión relativa de este valor es de aproximadamente 2,5 × 10^(-8), lo que significa que NA se conoce con una incertidumbre de aproximadamente 15 partes por mil millones.
7. La intensidad de luz espectral de Candela, representada por (I_c), es igual a 683 lúmenes por vatio.
Esta constante define la candela (cd).
La intensidad de la luz espectral de la candela es exactamente igual a 683 lúmenes por vatio para una longitud de onda de 540 × 10^12 hercios (luz verde). Es un concepto fundamental en fotometría que nos permite cuantificar y comparar la percepción humana de la luz en diferentes longitudes de onda. La incertidumbre relativa en la realización de la candela es actualmente de aproximadamente 2 × 10^(-8). Esto significa que el valor de la candela se conoce con una incertidumbre de aproximadamente 20 partes por mil millones.
Teoría del muro de Planck