Na física, uma constante fundamental é uma quantidade cujo valor é fixo e universal, ou seja, válido em todo o universo. As constantes são essenciais para a nossa compreensão do universo porque são a base de muitas leis e teorias da física. Eles também são usados para definir as unidades de medida do Sistema Internacional de Unidades (SI).
Uma constante não pode ser deduzida de leis físicas e deve ser medida experimentalmente, com a maior precisão possível.
As constantes fundamentais desempenham um papel crucial na física porque entram em jogo em muitas equações fundamentais e, portanto, na nossa compreensão do mundo.
Por outras palavras, estas constantes fundamentais estão intrinsecamente ligadas às unidades de base do SI porque definem as propriedades fundamentais do universo e permitem a medição e compreensão precisas dos fenómenos físicos em diferentes escalas.
As sete constantes fundamentais essenciais para definir as sete unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI) são:
1. A frequência da transição hiperfina do estado fundamental do átomo de Césio 133, representada por (ΔνCs), é igual a 9.192.631.770 Hz.
Esta constante define o(s) segundo(s).
Um átomo de Césio 133 passa do nível hiperfino F=3 para o nível hiperfino F=4 emitindo um fóton com frequência de 9.192.631.770 Hz. O seu valor não mudou significativamente desde que foi medido pela primeira vez em 1955. Em outras palavras, um segundo é definido como a duração de 9.192.631.770 ciclos desta transição. Isso significa que o segundo é uma unidade de tempo extremamente precisa. A precisão atual é de cerca de 1 segundo em 300 milhões de anos.
2. A Velocidade da luz no vácuo, representada por (c), é igual a 299.792.458 m/s.
Esta constante define o metro (m).
A precisão da velocidade da luz no vácuo é atualmente de 1 parte em 10^15. Isto significa que o valor medido é 299.792.458 metros por segundo com uma incerteza de 0,000.000.000.000.001 metros por segundo. É uma das constantes físicas medidas com mais precisão. A precisão atual da velocidade da luz se traduz em uma precisão do metro de cerca de 3 × 10^(-10), ou cerca de 30 nanômetros.
3. A constante de Planck, representada por (h), é igual a 6,626 070 15 × 10^(-34) kg m^2 s^-1 (ou J s).
Esta constante define o quilograma (kg).
Isso significa que o quilograma agora é definido como a massa de um objeto que possui uma energia cinética de 6,626070 15 × 10^(-34) J quando se move a uma velocidade de 1 metro por segundo. A definição baseada na constante de Planck é independente de qualquer objeto físico específico. A precisão relativa é de cerca de 2 × 10^(-8), o que significa que a massa de um quilograma é conhecida com uma incerteza de cerca de 20 microgramas.
4. Carga elementar, representada por (e), é igual a 1,602 176 634 × 10^(-19) C.
Esta constante define o ampere (A).
A carga elementar é a carga elétrica transportada por um próton ou elétron. O coulomb (C) é a unidade de carga elétrica. É definido como a quantidade de eletricidade transportada por uma corrente de um ampere durante um segundo. Em outras palavras, um ampere é igual a um coulomb por segundo 1 A = 1 C/s. A precisão da carga elementar é atualmente de cerca de 2,5 × 10^(-8). Isto significa que o valor de e é conhecido com uma incerteza relativa de cerca de 25 partes por bilhão.
5. A constante de Boltzmann, representada por (k), é igual a 1,380 649 × 10^(-23) J/K.
Esta constante define o Kelvin (K).
A constante de Boltzmann é essencial na termodinâmica estatística. Está relacionado à unidade básica de joule por Kelvin (J/K) no SI, porque relaciona a energia térmica à temperatura absoluta. O Kelvin é a unidade termodinâmica de temperatura, enquanto o Joule é a unidade de energia. A precisão de Kelvin é de aproximadamente 2 × 10^(-8), ou aproximadamente 20 microkelvins.
6. O número de Avogadro, representado por (NA), é igual a 6,022 140 76 × 10^(23) mol^(-1).
Esta constante define o mol (mol).
O número de Avogadro representa o número de entidades elementares (átomos ou moléculas) em um mol de matéria, o que é crucial para cálculos em química e física de materiais. Assim, um mol é uma quantidade que contém exatamente NA entidades elementares, sejam átomos, íons, moléculas ou partículas. A precisão relativa deste valor é de cerca de 2,5 × 10^(-8), o que significa que NA é conhecido com uma incerteza de cerca de 15 partes por bilhão.
7. A intensidade da luz espectral da candela, representada por (I_c), é igual a 683 lumens por watt.
Esta constante define a candela (cd).
A intensidade da luz espectral da candela é exatamente igual a 683 lúmens por watt para um comprimento de onda de 540 × 10 ^ 12 hertz (luz verde). É um conceito fundamental em fotometria que nos permite quantificar e comparar a percepção humana da luz em diferentes comprimentos de onda. A incerteza relativa na realização da candela é atualmente de aproximadamente 2 × 10^(-8). Isto significa que o valor da candela é conhecido com uma incerteza de aproximadamente 20 partes por bilhão.
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