基本物理常数

三. 真空的特性阻抗Z0 由μ0和ε0导出的另一个常数称为真空中特征 阻抗Z0 ：
Z0
0 0
0c 376.730313461......
由于μ0和ε0为约定常数，Z0也成为约定常数， 数值是精确值，不确定度为零。
7.1.4 法拉第常数F
电解化学中的法拉第定律： ① 不管电解质或电极的性质是什么，电解 所释出的物质的质量与电流强度及通电时 间成比例，换句话说即与通过溶液的总电 荷量成比例； ② 一定量的溶液沉积或释出的物质的质量 与这物质的化学当量成比例，即与原子量 除以原子价的数值成比例。
1929：伯奇纠正了迈克尔逊的推算错误（相速折射 率→群速折射率）
c ＝(2．99798±0.00004) ×108 m/s
20世纪60年代激光器发明后，运用稳频激 光器大大降低了光速测量的不确定度， 1973年达0.004 ppm。
1983年第十七届国际计量大会上作出决定， 将真空中的光速定为精确值：
1874年：考尔纽，改进后的旋转齿轮法 c=2.9999×108 m/s
1879年：迈克尔逊，改进后的旋转镜法 c＝(2．999 10±0.000 50) ×108 m/s
1882年： c ＝(2．998 53土0.000 60)×108 m/s
1924～1927年：旋转棱镜法 c ＝(2．99796±0.00004)×108 m/s
• 该实验测量G的精度达到了10万分之一，有关专 家指出，利用这种方法不仅可用来测量G，还可 对在实验室中研究广义相对论有重要意义。
7.1.2 阿伏加德罗常数NA、摩尔气体常数R和 摩尔体积Vm
阿伏加德罗定律——在相同的温度和压力下， 相等的容积所含各种气体的质量与它们各自 的分子量成正比。
根据阿伏加德罗定律，1 mol物质含有的微观 粒子数是一个常数——阿伏加德罗常数：
7.1 宏观物理常数
20世纪前物理学主要分支： 牛顿力学； 热力学； 统计物理学； 电磁学等。
相关宏观物理常数： 引力常数G； 阿伏加德罗常数NA； 真空中的光速c； 法拉第常数F； 玻耳兹曼常数k等共12个。
7.1.1 牛顿引力常数G
万有引力定律：
Mm F G
r2
式中G是比例常数，称为引力常数。
NA= (6.022 141wenku.baidu.com99×1023±7.9×10-8 % ）mol
理想气体其状态方程： pV=nRT
n ——物质的量； p——压强； V——体积； T——气体的热力学温度； R——比例常数，称为摩尔气体常数：
R=(8.314 472 ±1.7×10-6 % )J·mol-1·K-1
T≡273.15K，p≡101 325Pa时，1 mol理想气体 体积——摩尔体积Vm＝constant。
1798年，卡文迪许采用扭秤法第一个准确地 测定了引力常数G ：
6.754 1011m3 kg 1 s1
目前引力常数的数值为：
6.673 1011m3 kg 1 s1 不确定度为1.5 103 ，在基本常数中不确
定度最大。
知识小百科
18世纪末，英国科学家亨利·卡 文迪将两边系有小金属球的6英尺 木棒像哑铃一样用金属线悬吊起来。 再将两个350磅重的铅球放在相当 近的地方，以产生足够的引力让哑 铃转动，并扭转金属线。然后用自 制的仪器测量出微小的转动。
• 目前测G的方法大致分三大类： • 1. 地球物理学方法引力效应明显，但实验精度较低； • 2. 空间测量方法面临着很多新的技术难题，目前仍在探索
之中；
• 3. 实验室内测量是目前获得高精度G值的主要方法。常用 工具是精密扭秤，其测量精度的提高主要受到引力相互作 用十分微弱的限制。
• 美国研究人员为此对原子干涉测量方法进行了改 进，他们将2个相同的原子干涉重力仪安装在不同 的高度，在两者之间固定了重540千克的铅垂， 铅垂对2个重力仪中原子所受的重力影响不同，由 于增加铅垂的引力，上面的重力仪所受的重力很 容易增加，下面的很容易减少，这样就可以获得 仅来自于铅垂引力的差别。由于地球的引力不会 影响这种差别，而与所处高度有关的地球引力作 用可以通过多次重复实验消除。在这一过程中， 铅垂的重量和位置的测定精度很高，因此，从该 实验中计算万有引力常数相对容易。
例一： 电子荷质比e/m的测定——电子的发现；
例二： 量子论的建立——普朗克常数h的出现；
例三： 真空中光速c不变——狭义相对论。
结论：基本物理常数←→物理现象； 物理规律←→物理常数。
现代计量学的目标——用具有最佳恒 定性的物理现象来定义基本单位。
1980年后，随着物理常数测量准确 度的不断提高，长度单位、电学量电 压和电阻单位均先后采用有关物理常 数定义。
测量结果惊人的准确，他测出 了万有引力常数G，在此基础上计 算出地球质量为6.0×1024kg。
美国物理学家找到
测量万有引力常数新方法
• 美国物理学家J·B·福斯勒利用2个原子干涉重力仪，找到 了测量万有引力常数的新方法，测量精度可达百万分之一。 该科研成果发表在近期的美国《科学》杂志上。
• 万有引力常数G的精确测量对弄清引力相互作用的性质非 常关键，迄今对G的测量精度仍低于万分之一。各国科学 界投入大量人力和物力进行研究。
Vm=（22.413 996 ± 1.7×10-6 % ）L·mol-1
7.1.3 真空中的光速c, 磁常数μ0, 电常数ε0
和真空的特性阻抗Z0
一. 真空中的光速c
1728年：布拉德雷，恒星光行差法 c=3.1×108m/s。
1849年：斐索，齿轮法 c=3.153×108m/s
1862年：傅科，旋转镜法 c=2.98×108 m/s
c＝299 792 458 m/s
二. 磁常数μ0, 电常数ε0
磁感应强度B与磁场强度H的关系：
B=μH
电位移矢量D与电场强度E的关系：
D＝εE μ：导磁率； ε：介电常数。
真空时，μ＝μ0 ，ε=ε0 。
磁常数μ0和电常数ε0都是基本常数。 μ0ε0=1/c2＝4π×10-7 N·A2
c和μ0都是精确的数值，因此，ε0也是一 个精确值： ε0＝8.854 187 817…×10-12 F·m-1