CODATA物理常数(物理化学常数部分)
物理学常数的讨论
通过阿伏加德罗常数可以直接将宏观物理量和
微观物理量联系起来。若阿伏加德罗常数 N A 测量 相对不确定度达到 1 @ 10- 8 , 就有理由以一 定数量 的原子重新定义质量单位千克, 替代目前唯一使用 的人造实物基本单位千克原器。
312 功率天平法 采用功率 天平( watt balance) 法[ 10 ] 测定普朗 克
20 世纪 70 年代前用 X 射线晶体密度法确定的 阿伏加德罗常数准确度大约为 70 @ 10- 6, 这一结果 足以显示由密立根导出的电子电荷的误差达0. 2% 。 X 射线晶体密度 法测定取得的突 破之一是在 1974 年由 R. D. Deslattes 采 用 X 射 线光 学 组合 干 涉仪 ( COXI) 方法取得的。
玻尔兹曼常数
玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数概念释义：符号为k或kB，是有关于温度及能量的⼀个物理常数。
★玻尔兹曼常量系热⼒学的⼀个基本常量，“K”数值为：K=1.3806505 ×10^-23J/K我们都知道，⽔往低处流，因为重⼒在起作⽤。
重⼒也是⼀种⼒，在起作⽤的时候，常常让⼈感觉它来⾃于地球的中⼼。
然⽽，在近代科学萌芽之前，并⾮每⼀种现象都能够像“⽔往低处流”⼀样得到合理的解释。
⽐如，“在⼀杯热⽔中就会融化的冰块为何永远⽆法在⼀杯温⽔中⾃动形成”这样的问题，就始终是19世纪物理学研究中的难题。
问题的答案，最终由奥地利物理学家路德维格·玻尔兹曼给出。
他在研究中发现：热能在⼀杯温⽔的分⼦间消散的⽅式，要⽐在⼀杯加了冰块的热⽔中更多。
从玻尔兹曼的研究中可以看到，⾃然界是⼀个稳健的玩家，它在绝⼤多数情况下都会选择最有可能的⽅式⾏事。
波尔兹曼常数就说明了这⼀点：⽆序总是多过于有序，搞乱⼀间屋⼦的⽅法总是多过收拾整洁，随意融化⼀块冰的难度总是低于让它依照有序的结构凝结。
此外，包含了玻尔兹曼常数的玻尔兹曼熵⽅程，也解释了“感觉会出错，⼀定会出错”的墨菲法则：并不是什么邪恶的⼒量导致你⾛向错误和失败，仅仅只是因为事情变坏的可能性在数量上远远多于变好⽽已。
热⼒学常数编辑玻尔兹曼常量系热⼒学的⼀个基本常量，记为“K”，数值为：K=1.3806488(13)×10^-23J/K[1] ，玻尔兹曼常量可以推导得到，理想⽓体常数R等于玻尔兹曼常数乘以阿伏伽德罗常数。
推导过程编辑从⽓体动理论的观点来看，理想⽓体是最简单的⽓体，其微观模型有三条假设：1.分⼦本⾝的⼤⼩⽐分⼦间的平均距离⼩得多，分⼦可视为质点，它们遵从⽜顿运动定律。
2.分⼦与分⼦间或分⼦与器壁间的碰撞是完全弹性的。
3.除碰撞瞬间外，分⼦间的相互作⽤⼒可忽略不计，重⼒的影响也可忽略不计。
因此在相邻两次碰撞之间，分⼦做匀速直线运动。
单个分⼦在⼀次碰撞中对器壁上单位⾯积的冲量：I=2m·vxvx为x⽅向上的速度分量.这⼀次碰撞的时间为2a╱vx，故单位时间内的碰撞次数为vx╱2a。
物理常数单位制
来确定 例如由公式(A-3)给出的换算关系 可以写成 1C = c esu 10cm/s
(5-1)
这就意味着两个单位的换算系数同真空光速联系在一起 如果真空光速的测量值有所改
变 那么换算系数就会变化 这就在单位制换算中出现了不确定度 好在国际单位制中真空
光速具有精确值(即定义 秒 以后 用真空光速来定义 米 ) 所以这种不确定度在国际
(2-1)
F
=
q1q2 r2
(2-1')
所以量纲和单位都有很大区别 在国际制中 电流是基本量纲 而由公式(2-1')可以看
出 静电制不需要新的基本量纲 为此静电制电量的量纲就是 L3/2M1/2T−1 它具有一个新的
单位 esu 称为静电单位电量(或称静电库仑) 其值为 1dyn1/2cm
不同单位制中的单位可以互相转换 这里给出从 esu 转换成库仑(C)的方法
1关于单位制物理常数和不确定度的资料黄晨2004年9月email联系地址复旦大学化学系表面化学实验室morningyellowelephantbasenet一一国际单位制国际单位制si和高斯单位制和高斯单位制cgs的力学量纲和单位的力学量纲和单位力学物理定律在国际单位制简称国际制米克秒制记作cgs中具有相同的形式所以所有的力学量都具有相同的量纲的次方数记作si和高斯单位制简称高斯制并且它们都以长度另外这两个单位之间的换算也相当方便又称为厘质量和时间作为基本量纲都是10物理量长度质量时间频率力能量功率压强量纲lmtt?1lmt?2l2mt?2l2mt?3l?1mt?2国际制单位m米kg千克s秒hz赫兹n牛顿j焦耳w瓦特pa帕斯卡表1高斯制单位cm厘米g克s秒hz赫兹dyn达因erg耳格ergsdyncm2换算关系1m102cm1kg103g1n105dyn1j107erg1w107ergs1pa10dyncm2力学量纲和单位二二静电制静电制cgse量纲和单位量纲和单位高斯制在电磁学中具两套单位制它是电动力学中最常用的单位制是国际单位制的理论基础静电学中最基本的定律是库仑定律际制的形式是一套以库仑定律为基础另一套以安培定律为基础称为静电制称为电磁制记作cgse记作cgsm它而该定律在国际制和静电制中有着不同的形式国202r14qqf21这里而电磁制则是0是真空中的介电常数其数值为8854187810?12c2nm2221rqqf21所以量纲和单位都有很大区别静电制不需要新的基本量纲单位esu称为静电单位电量或称静电库仑不同单位制中的单位可以互相转换1设1cxesu2根据公式a13把r1m102cm在国际制中为此静电制电量的量纲就是其值为1dyn12cm这里给出从esu转换成库仑c的方法电流是基本量纲而由公式21可以看l32m12t?1它具有一个新的出当r1mq1q2xesuq1q21c时f89875518109nf89875518109n898755181014dyn代入公2式a2得x2997924581094得出结论1c299792458109esu11esu33356409610?10c2222公式22和22是国际制单位和高斯制单位相互转换的基本公式注1由于等式两边采取的单位制不同所以这样的等号在数学上是不严格的三三电磁制电磁制cgsm量纲和单位量纲和单位静磁学中最基本的定律是安培定律国际制的形式是lii2其数值
地球的基本数据
地球的基本数据（1980大地测量标准系统）1979年12月在澳大利亚召开的国际大地测量协会（IAG）大会通过了以下列最新大地测量常数为依据的“1980大地测量标准系统”：真空中的光速c=(299792458±1.2)m·s–1万有引力常数 G=（6672±4.1）×10–14 m3·s–2·kg –1地球自转角速度（概略值）ω=7292115×10–11rad·s–1包含大气层在内的地心引力常数GM=(39860047±5) ×107· m3·s–2=（35±0.3）×107· m3·s–2纯大气层的地心引力常数 GMA力学形状系数（不包括因潮汐所引起的永久变形）=(108263 ±0.5) ×10–8J2=(–254±1) ×10–8J3J=(–162±1) ×10–84=(–23±1) ×10–8J5=(55±1) ×10–8J6地球赤道半径a=(6378137±2)m赤道上的标准重力 r=(978033±1) ×10–5m·s–2e扁率 1/f=(298257±1) ×10–3=（6263686±3）×10 m2·s–1大地水准面上的位势ω三轴参数（概略值）=90000赤道椭圆扁率 1/f1=15°（西经）赤道面椭圆的长轴轴向λ1重力潮汐常数（现用值）δ=1.16c和G的数值及标准误差引自“CODATA物理常数系统（1973）”。
其它常数的标准误差均为实际精度。
ω值所给出的数据准确到最后一位。
组合常数在物理学中的应用论文综述.
组合常数在物理学中的应用文献综述前言国际科学技术数据委员会(CODATA1998年推荐的基本物理化学常数及其组合量为175个，其中在最常用的常数简表中，包含18个常数和2个组合量，还有2个常用的非国际单位制的转换因子，共计22个。
不过在谈到基本物理常数时，人们总是首先想到以下8个基本物理常数：光速常数C ，电子电荷e ，普朗克常数h ，万有引力常数G ，电子静止质量，质子静止质量，阿伏加德罗常数N ，和玻尔兹曼常数k 。
这是因为它们出现得比较早，所起的作用也比较重要和人们经常使用的缘故。
此外，由这些基本物理常数组成的一些复合量，如精细结构常数α = e 2／4εo πћc ，玻尔半径ao =4εo πћ2/me e 2，法拉第F=NA e 等，总是严格地以相同的形式出现在许多物理定律和方程之中，代表着一定的物理意义，因此这种组合本身也就成了基本物理常数。
仔细分析175个常数可以发现，它们绝大多数是由一些更基本的常数组合而成的，所以也叫做“导出常数”。
人们在精密的理论方法之外, 寻求以物理常数为基础的较为简捷地获得数量结果的其它方法, 包括量纲分析法、数量级的估算、对称性的考虑、守恒量的利用、极限情形和特例的讨论、简化模型的选取、概念方法, 以及相似和类比等等 . 使用这些定性、半定量方法时, 如果选取恰当的组合常数并正确地使用它们, 不仅能使问题的分析简便、快捷, 而且各个物理量间的关系也非常清楚。
彭双艳（毕节学院学报,2009）在《原子物理中组合常数的应用》一文中，用组合常数方法给出了原子物理学中玻尔理论的全部结果，并讨论了组合常数方法的使用原则与优点。
高丽丽. 宋文福. 何训（通化师范学院学报，20O4）在《组合常数方法在原子物理学中的应用》一文中，通过计算精细结构常数、电子的经典半径、电子的康普顿波长、玻尔原子的轨道半径、电子轨道运动的速度、原子的能量、里德伯常数、原子的角动量、原子的磁矩总结出组合常数方法主要是依据定性与半定量物理学方法中的量纲分析法．只是在选主定参量时包括前面所用的三个组合常数，因此称之为组合常数方法．并介绍组合常数方法可以作为一种普遍的方法，它所具备的优点。
阿伏伽德罗常数的数值是
阿伏伽德罗常数的数值是阿伏伽德罗常数是化学中的一个重要常数，通常表示为Avogadro's Number，常缩写为NA，是指每摩尔物质中所含有的粒子数，也就是物质的分子或原子数。
在SI国际单位制中，阿伏伽德罗常数的数值为6.02214076×1023个/摩尔，取自2019年CODATA推荐值。
阿伏伽德罗常数是由意大利化学家洛伦佐·阿伏伽德罗在19世纪提出的，他借助道尔顿的原子假说推论出了分子间存在一个比例常数，这个常数就是今天所称的阿伏伽德罗常数。
它描述了化学体系中物质的数量与其它物理化学属性（如质量、体积等）之间的联系，因此阿伏伽德罗常数在化学、物理、材料科学和生命科学等领域都有广泛的应用。
在化学反应和化学建模中，阿伏伽德罗常数是计算摩尔量、摩尔质量、摩尔体积、分子量等数值的基础；在物理学中，它被用于描述物质粒子的统计物理特性，如热力学平衡、分子速度分布、光谱特性等；在材料科学中，阿伏伽德罗常数用于研究材料的微观结构、能量、光学性质等；在生命科学中，阿伏伽德罗常数是计算生物大分子以及细胞、组织等生物体系中的物质量、物质浓度和物质转运过程的重要参数。
阿伏伽德罗常数的实际测量是基于质量和计数两种方式，其实验测量方法包括光子计数法、X射线衍射法、散射法、介电恒定法等。
以光子计数法为例，实验装置测量样品在光束中的散射光强度，并用缩放系数校正，计算出样品中光子激发事件的数量，进而求解出阿伏伽德罗常数。
总之，阿伏伽德罗常数作为描述物质量的重要参数，已经成为现代物理化学和生物化学中的标志性常数之一，其数值的确定和精确度，将对落实国际单位制、深化物理化学和生命科学等领域的研究和应用产生重要影响。
高斯制与国际单位制
物理常数和不确定度的资料
黄晨 * 2004年9月初稿 2005年11月修订 (* 联系地址 复旦大学化学系表面化学实验室 eMail webmaster@)
一 国际单位制(SI)和高斯单位制(CGS)的力学量纲和单位
力学物理定律在国际单位制(简称国际制 记作 SI)和高斯单位制(简称高斯制 又称为厘 米克秒制 记作 CGS)中具有相同的形式 并且它们都以长度 质量和时间作为基本量纲 所以所有的力学量都具有相同的量纲 另外 这两个单位之间的换算也相当方便 都是 10 的次方数 物理量 长度 质量 时间 频率 力 能量 功率 压强 量纲 L M T T−1 LMT−2 L2MT−2 L2MT−3 L−1MT−2 国际制单位 高斯制单位 m(米) cm(厘米) kg(千克) g(克) s(秒) s(秒) Hz(赫兹) Hz(赫兹) N(牛顿) dyn(达因) J(焦耳) erg(耳格) erg/s W(瓦特) dyn/cm2 Pa(帕斯卡) 表 1 力学量纲和单位 换算关系 1m = 102cm 1kg = 103g 1N = 105dyn 1J = 107erg 1W = 107erg/s 1Pa = 10dyn/cm2
2
式(4-1) 而是差了 4π 即 1Oe = 103/4π A/m 在高斯制统一静电制和电磁制公式时 电学量全部用静电制单位 磁学量全部用电磁制 单位 电磁学公式中如果同时含有电学量和磁学量 通常会引入常数 c 所以 静电制单位 和电磁制单位的换算比例通常总是真空光速(2.99792458×1010)的若干次方 如果静电制单位 和电磁制单位的量纲之比为 L−nTn 那么两者的换算关系就是 (4-2) 1 静电制单位(esu) = (2.99792458×1010)n 电磁制单位(emu) −2 −1 4 2 例如 国际制中电容单位 F 的量纲为 L M T I 要把它转化为静电制单位 cm(esu) 首 先要经过电磁制单位(cm/s2)−1(emu) 关系是 1F = 10−9(cm/s2)−1(emu) 由于电容在电磁制中的 量纲 L−1T2 和静电制中的量纲 L 之比为 L−2T2 所以两个单位值的比例应该是 1(cm/s2)−1(emu) = 8.98755179×1020cm(esu) 最后 1F = 8.98755179×1011esu(F) 物理量 电量 电流 电位 电阻 电导 电容 电感 磁感应通量 磁感应强度 磁场强度 国际制 静电制 1C 2.99792458×109esu 1A 2.99792458×109esu/s 1V 3.33564096×10−3erg/esu 1.11265005×10−12(cm/s)−1 1Ω 1S 8.98755179×1011cm/s 1F 8.98755179×1011cm 1H 1.11265005×10−12(cm/s2)−1 1Wb 1T 1A/m 表 3 电磁学物理量的单位换算 (注 1Mx/cm2 = 1Gs = 1Oe = 1emu/cm) 电磁制 0.1emu⋅s 0.1emu 8 10 erg/emu⋅s 109Байду номын сангаасm/s 10−9(cm/s)−1 10−9(cm/s2)−1 109cm 108Mx 104Gs 4π×10−3Oe
基本物理常数
标准大气压 (standardatmosphere)
101325
原子质量单位 (atomicmassunit)m(12C)/12
amu
1灡660538782(83)x10-27
单暋暋位 相对标准不确定度 (Unit) (Relativestd灡uncert灡ur) 6灡8暳10-10
m-1
6灡6暳10-12
物暋暋质 密度(kg/m3) 物质
密 度 (kg/m3)
铝
2灡669暳103
水
1灡000暳103
铜
8灡96暳103
水银
13灡55暳103
铁
7灡874暳103 无水甘油 1灡260暳103
银
10灡5暳103 无水乙醇 0灡7894暳103
金
19灡32暳103 蓖麻油 0灡957暳103
钨
19灡30暳103 钟表油 0灡981暳103
10-10牛顿,则此时的电流为1 安培
热力学温度
Thermodynamic tempera灢
T
ture
开 [尔 文 ] Kelvin
K
暋1 开尔文是水三相点热力学温度的1/273灡16
214
续上表
物理量名称
物质的量 Amountofsubstance
表示符号 单位名称 单位符号 v 或n 摩[尔]mole mol
N/A2
精 确 (exact)
G
6灡67428(67)暳10-11
m3/(kg·s2)
1灡0暳10-4
普朗克常量 planckconstant
电子电荷 elementarycharge 磁通量子 (magneticfluxquantum)h/2e 电子质量 electron mass
物理常数单位制
黄晨 * 2004 年 9 月 (* 联系地址 复旦大学化学系表面化学实验室 eMail morning_yellow@)
一 国际单位制(SI)和高斯单位制(CGS)的力学量纲和单位
力学物理定律在国际单位制(简称国际制 记作 SI)和高斯单位制(简称高斯制 又称为厘 米克秒制 记作 CGS)中具有相同的形式 并且它们都以长度 质量和时间作为基本量纲 所以所有的力学量都具有相同的量纲 另外 这两个单位之间的换算也相当方便 都是 10 的次方数
它是电动力学中最常用的单位制 另一套以安培定律为基础 称为电磁制 记作 CGSM 它
是国际单位制的理论基础
静电学中最基本的定律是库仑定律 而该定律在国际制和静电制中有着不同的形式 国
际制的形式是
这里 ε0 是真空中的介电常数 而电磁制则是
F
=
q1q2 4πε0r 2
其数值为 8.8541878×10−12C2/Nm2
如果静电制单位和电磁制单位的量纲之比为 L−nTn 那么两者的换算关系就是
1 静电制单位 = (2.99792458×1010)n 电磁制单位
(4-3)
例如 国际制中电容单位 F 的量纲为 L−2M−1T4I2 要把它转化为静电制单位 cm 首先要
经过电磁制单位 cm/s2 关系是 1F(SI) = 10−9(cm/s2)−1(CGSM) 由于电容在电磁制中的量纲
制和高斯制之间并不存在 但是在某些单位之间 例如能量单位 J 和 eV 就相差一个基本
电荷 e/C 该常数的不确定度就是这两个单位比值的不确定度 根据这个道理 同一物理常
数在不同单位下具有不一样的不确定度 例如基本电荷 用 C(库仑)时不确定度为 0.09ppm
地球的基本数据
地球的基本数据（1980大地测量标准系统）1979年12月在澳大利亚召开的国际大地测量协会（IAG）大会通过了以下列最新大地测量常数为依据的“1980大地测量标准系统”：真空中的光速c=(299792458±1.2)m·s–1万有引力常数 G=（6672±4.1）×10–14 m3·s–2·kg –1地球自转角速度（概略值）ω=7292115×10–11rad·s–1包含大气层在内的地心引力常数GM=(39860047±5) ×107· m3·s–2=（35±0.3）×107· m3·s–2纯大气层的地心引力常数 GMA力学形状系数（不包括因潮汐所引起的永久变形）J=(108263 ±0.5) ×10–82=(–254±1) ×10–8J3J=(–162±1) ×10–84=(–23±1) ×10–8J5J=(55±1) ×10–86地球赤道半径a=(6378137±2)m赤道上的标准重力 r=(978033±1) ×10–5m·s–2e扁率 1/f=(298257±1) ×10–3=（6263686±3）×10 m2·s–1大地水准面上的位势ω三轴参数（概略值）=90000赤道椭圆扁率 1/f1赤道面椭圆的长轴轴向λ=15°（西经）1重力潮汐常数（现用值）δ=1.16c和G的数值及标准误差引自“CODATA物理常数系统（1973）”。
其它常数的标准误差均为实际精度。
ω值所给出的数据准确到最后一位。
地球的编年史碧声地质年代表也在与时俱进。
我们来探寻一下它诉说的故事，和它自己的故事。