KVHS Northeim 2025 : Astronomie - eine Reise durch Raum und Zeit

Konstanten

Physikalische Konstanten sind fundamentale Bausteine der Naturgesetze. Sie werden in nahezu jeder physikalischen Gleichung verwendet, z.B. bei Lichtausbreitung, Energiequantelung, Gravitation, elektrischen Feldern oder Thermodynamik.

Was sind physikalische Konstanten?

Physikalische Konstanten sind grundlegende, unveränderliche Werte, die in der gesamten Physik gelten. Sie beschreiben Naturgesetze und bleiben in allen Experimenten und Messsystemen gleich - unabhängig vom Ort oder der Zeit.

Wichtige physikalische Konstanten - mit Beispielen

Konstante	Symbol	Wert	Einheit	Beispiel
Lichtgeschwindigkeit	$c$	299 792 458 m/s	Meter pro Sekunde	Grundlage für die Definition des Meters.
Planck-Konstante	$h$	6.62607015×10⁻³⁴ J·s	Joule-Sekunden	Wichtig in der Quantenphysik.
Gravitationskonstante	$G$	6.67430×10⁻¹¹ m³/kg·s²	m³/kg·s²	Berechnung der Anziehung zwischen Massen.
Elementarladung	$e$	1.602176634×10⁻¹⁹ C	Coulomb	Ladung eines Protons.
Boltzmann-Konstante	$k$	1.380649×10⁻²³ J/K	Joule pro Kelvin	Verbindung von Temperatur mit Energie.
Avogadro-Konstante	$N_A$	6.02214076×10²³ 1/mol	1 pro Mol	Teilchenanzahl pro Mol Stoffmenge.
Gaskonstante	$R$	8.314462618 J/mol·K	Joule pro Mol und Kelvin	In der allgemeinen Gasgleichung $pV = nRT$.
Magnetische Feldkonstante	$\mu_0$	1.25663706212×10⁻⁶ N/A²	Newton pro Amperequadrat	Bestimmt magnetische Wechselwirkungen im Vakuum.
Elektrische Feldkonstante	$\varepsilon_0$	8.8541878128×10⁻¹² F/m	Farad pro Meter	Zentral für das elektrische Feld.
Feinstrukturkonstante	$\alpha$	1/137,035999084 (dimensionslos)	-	Beschreibt die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung.

Beispiele für die Anwendung

Beispiel 1: Energie eines Photons

Die Energie eines Lichtteilchens berechnet sich mit der Planck-Konstantenformel:

$$E = h \cdot f$$

Bei einer Frequenz von $f = 5 \times 10^{14} \, \text{Hz}$:

$$E = 6.626 \times 10^{-34} \cdot 5 \times 10^{14} \, \text{J} = 3.313 \times 10^{-19} \, \text{J}$$

Beispiel 2: Gravitationskraft zwischen zwei Massen

Zwei Kugeln von je 1 kg im Abstand von 1 m:

$$F = G \cdot \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2} = 6.674 \times 10^{-11} \cdot \frac{1 \cdot 1}{1^2} \, \text{N} = 6.674 \times 10^{-11} \, \text{N}$$

Beispiel 3: Thermische Energie pro Molekül

Mit der Boltzmann-Konstante:

$$E = k \cdot T = 1.380649 \times 10^{-23} \cdot 300 \, \text{J} = 4.1419 \times 10^{-21} \, \text{J}$$