share/ezunits/physical_constants.mac

   1 /* Physical constants for ezunits
   2  * CODATA 2006 values. See: http://physics.nist.gov/constants
   3  * This program copyright 2008 by Robert Dodier.
   4  * I release this program under the terms of
   5  * the GNU General Public License.
   6  */
   7
   8 /* After loading this program, the following prints a LaTeX document
   9  * in which all the physical constants appear.
  10  *
  11     with_stdout
  12      ("/tmp/foo.tex",
  13       print ("\\documentclass{article}"),
  14       print ("\\begin{document}"),
  15       for x in propvars (physical_constant)
  16         do printf (true, "~a~%~a~%~%", get (x, description), tex (x = constvalue (x), false)),
  17       print ("\\end{document}"));
  18 */
  19
  20 qput (physical_constants, "experimental, usable", version);
  21
  22 if get ('ezunits, 'version) = false then load (ezunits) else 'already_loaded;
  23
  24 declare (physical_constant, feature);
  25
  26 /* UNIVERSAL */
  27
  28 declare (%c, physical_constant);
  29 declare (%c, dimensional);
  30 declare (%c, constant);
  31 qput (%c, "speed of light in vacuum", description);
  32 declare_constvalue (%c, 299792458 ` m/s);
  33 qput (%c, 0, RSU);
  34 texput (%c, "c");
  35
  36 declare (%mu_0, physical_constant);
  37 declare (%mu_0, dimensional);
  38 declare (%mu_0, constant);
  39 qput (%mu_0, "magnetic constant", description);
  40 declare_constvalue (%mu_0, 4*314159265358979323/10^17*10^-7 ` N/A^2);
  41 qput (%mu_0, 0, RSU);
  42 texput (%mu_0, "\\mu_0");
  43
  44 declare (%e_0, physical_constant);
  45 declare (%e_0, dimensional);
  46 declare (%e_0, constant);
  47 qput (%e_0, "electric constant $1/(\\mu_0 c^2)$", description);
  48 declare_constvalue (%e_0, constvalue (1/(%mu_0*%c^2)));
  49 qput (%e_0, 0, RSU);
  50 texput (%e_0, "\\epsilon_0");
  51
  52 declare (%Z_0, physical_constant);
  53 declare (%Z_0, dimensional);
  54 declare (%Z_0, constant);
  55 qput (%Z_0, "characteristic impedance of vacuum $\\sqrt{\\mu_0/\\epsilon_0} = \\mu_0 c$", description);
  56 declare_constvalue (%Z_0, constvalue (%mu_0*%c));
  57 qput (%Z_0, 0, RSU);
  58 texput (%Z_0, "Z_0");
  59
  60 declare (%G, physical_constant);
  61 declare (%G, dimensional);
  62 declare (%G, constant);
  63 qput (%G, "Newtonian constant of gravitation", description);
  64 declare_constvalue (%G, 667428/100000*10^(-11) ` m^3/kg/s^2);
  65 qput (%G, 10^-4, RSU);
  66 texput (%G, "G");
  67
  68 declare (%h, physical_constant);
  69 declare (%h, dimensional);
  70 declare (%h, constant);
  71 qput (%h, "Planck constant", description);
  72 declare_constvalue (%h, 662606896*10^-8*10^-34 ` J*s);
  73 qput (%h, 5*10^-8, RSU);
  74 texput (%h, "h");
  75
  76 declare (%h_bar, physical_constant);
  77 declare (%h_bar, dimensional);
  78 declare (%h_bar, constant);
  79 qput (%h_bar, "Planck constant $h/2\\pi$", description);
  80 declare_constvalue (%h_bar, constvalue (%h/(2*%pi)));
  81 qput (%h_bar, 5*10^-8, RSU);
  82 texput (%h_bar, "\\hbar");
  83
  84 declare (%m_P, physical_constant);
  85 declare (%m_P, dimensional);
  86 declare (%m_P, constant);
  87 qput (%m_P, "Planck mass $\\sqrt{\\hbar c/G}$", description);
  88 declare_constvalue (%m_P, constvalue (sqrt(%h_bar * %c / %G)));
  89 qput (%m_P, 5*10^-5, RSU);
  90 texput (%m_P, "m_P");
  91
  92 /* Boltzmann constant out of order; need it for Planck temperature */
  93
  94 declare (%%k, physical_constant);
  95 declare (%%k, dimensional);
  96 declare (%%k, constant);
  97 qput (%%k, "Boltzmann constant $R/N_A$", description);
  98 declare_constvalue (%%k, 1.3806504e-23 ` J/K);
  99 qput (%%k, 1.7e-6, RSU);
 100 texput (%%k, "k");
 101
 102 declare (%T_P, physical_constant);
 103 declare (%T_P, dimensional);
 104 declare (%T_P, constant);
 105 qput (%T_P, "Planck temperature $\\sqrt{\\hbar c^5/G}/k$", description);
 106 declare_constvalue (%T_P, constvalue (sqrt (%h_bar * %c^5 / %G) / %%k));
 107 qput (%T_P, 5*10^-5, RSU);
 108 texput (%T_P, "T_P");
 109
 110 declare (%l_P, physical_constant);
 111 declare (%l_P, dimensional);
 112 declare (%l_P, constant);
 113 qput (%l_P, "Planck length $\\hbar/(m_P c) = \\sqrt{\\hbar G/c^3}$", description);
 114 declare_constvalue (%l_P, constvalue (%h_bar / (%m_P * %c)));
 115 qput (%l_P, 5*10^-5, RSU);
 116 texput (%l_P, "l_P");
 117
 118 declare (%t_P, physical_constant);
 119 declare (%t_P, dimensional);
 120 declare (%t_P, constant);
 121 qput (%t_P, "Planck time $l_P/c = \\sqrt{\\hbar G/c^5}$", description);
 122 declare_constvalue (%t_P, constvalue (%l_P / %c));
 123 qput (%t_P, 5*10^-5, RSU);
 124 texput (%t_P, "t_P");
 125
 126 /* ELECTROMAGNETIC */
 127
 128 declare (%%e, physical_constant);
 129 declare (%%e, dimensional);
 130 declare (%%e, constant);
 131 qput (%%e, "elementary charge", description);
 132 declare_constvalue (%%e, 1602176487*10^-9*10^-19 ` C);
 133 qput (%%e, 25*10^-1*10^-8, RSU);
 134 texput (%%e, "e");
 135
 136 declare (%Phi_0, physical_constant);
 137 declare (%Phi_0, dimensional);
 138 declare (%Phi_0, constant);
 139 qput (%Phi_0, "magnetic flux quantum $h/(2 e)$", description);
 140 declare_constvalue (%Phi_0, 2.067833667e-15 ` Wb);
 141 qput (%Phi_0, 2.5e-8, RSU);
 142 texput (%Phi_0, "\\Phi_0");
 143
 144 declare (%G_0, physical_constant);
 145 declare (%G_0, dimensional);
 146 declare (%G_0, constant);
 147 qput (%G_0, "conductance quantum $2 e^2 / h$", description);
 148 declare_constvalue (%G_0, 7.7480917004e-5 ` S);
 149 qput (%G_0, 6.8e-10, RSU);
 150 texput (%G_0, "G_0");
 151
 152 declare (%K_J, physical_constant);
 153 declare (%K_J, dimensional);
 154 declare (%K_J, constant);
 155 qput (%K_J, "Josephson constant $2 e/h$", description);
 156 declare_constvalue (%K_J, 483597.891e9 ` Hz/V);
 157 qput (%K_J, 2.5e-8, RSU);
 158 texput (%K_J, "K_J");
 159
 160 declare (%R_K, physical_constant);
 161 declare (%R_K, dimensional);
 162 declare (%R_K, constant);
 163 qput (%R_K, "von Klitzing constant $h/e^2 = \\mu_0 c/(2 \\alpha)$", description);
 164 declare_constvalue (%R_K, 25812.807557 ` ohm);
 165 qput (%R_K, 6.8-10, RSU);
 166 texput (%R_K, "R_K");
 167
 168 declare (%mu_B, physical_constant);
 169 declare (%mu_B, dimensional);
 170 declare (%mu_B, constant);
 171 qput (%mu_B, "Bohr magneton $e \\hbar/(2 m_{\\mathrm{e}})$", description);
 172 declare_constvalue (%mu_B, 927.400915e-26 ` J/T);
 173 qput (%mu_B, 2.5e-8, RSU);
 174 texput (%mu_B, "\\mu_B");
 175
 176 declare (%mu_N, physical_constant);
 177 declare (%mu_N, dimensional);
 178 declare (%mu_N, constant);
 179 qput (%mu_N, "nuclear magneton $e \\hbar/(2 m_P)$", description);
 180 declare_constvalue (%mu_N, 5.05078324e-27 ` J/T);
 181 qput (%mu_N, 2.5e-8, RSU);
 182 texput (%mu_N, "\\mu_N");
 183
 184 /* ATOMIC AND NUCLEAR */
 185 /* General */
 186
 187 declare (%alpha, physical_constant);
 188 declare (%alpha, dimensional);
 189 declare (%alpha, constant);
 190 qput (%alpha, "fine-structure constant $e^2/(4\\pi \\epsilon_0 \\hbar c)$", description);
 191 declare_constvalue (%alpha, 7.2973525376e-3);
 192 qput (%alpha, 6.8e-10, RSU);
 193 texput (%alpha, "\\alpha");
 194
 195 declare (%R_inf, physical_constant);
 196 declare (%R_inf, dimensional);
 197 declare (%R_inf, constant);
 198 qput (%R_inf, "Rydberg constant $\\alpha^2 m_{\\mathrm{e}} c /(2 h)$", description);
 199 declare_constvalue (%R_inf, 10973731.568527 ` 1/m);
 200 qput (%R_inf, 6.6e-12, RSU);
 201 texput (%R_inf, "R_{\\infty}");
 202
 203 declare (%a_0, physical_constant);
 204 declare (%a_0, dimensional);
 205 declare (%a_0, constant);
 206 qput (%a_0, "Bohr radius $\\alpha/(4\\pi R_{\\infty}) = 4\\pi \\epsilon_0 \\hbar^2 / (m_{\\mathrm{e}} e^2)$", description);
 207 declare_constvalue (%a_0, 0.52917720859e-10 ` m);
 208 qput (%a_0, 6.8e-10, RSU);
 209 texput (%a_0, "a_0");
 210
 211 declare (%E_h, physical_constant);
 212 declare (%E_h, dimensional);
 213 declare (%E_h, constant);
 214 qput (%E_h, "Hartree energy $e^2/(4\\pi \\epsilon_0 \\alpha_0) = 2 R_{\\infty} hc = \\alpha^2 m_{\\mathrm{e}} c^2$", description);
 215 declare_constvalue (%E_h, 4.35974394e-18 ` J);
 216 qput (%E_h, 5e-8, RSU);
 217 texput (%E_h, "E_{\\mathrm{h}}");
 218
 219 declare (%ratio_h_me, physical_constant);
 220 declare (%ratio_h_me, dimensional);
 221 declare (%ratio_h_me, constant);
 222 qput (%ratio_h_me, "quantum of circulation $h/m_{\\mathrm{e}}$", description);
 223 declare_constvalue (%ratio_h_me, 3.6369475199e-4 ` m^2/s);
 224 qput (%ratio_h_me, 1.4e-9, RSU);
 225 texput (%ratio_h_me, "(h/m_{\\mathrm{e}})");
 226
 227 /* OMITTED: Electro-weak */
 228
 229 /* Electron */
 230
 231 declare (%m_e, physical_constant);
 232 declare (%m_e, dimensional);
 233 declare (%m_e, constant);
 234 qput (%m_e, "electron mass", description);
 235 declare_constvalue (%m_e, 9.10938215e-31 ` kg);
 236 qput (%m_e, 5e-8, RSU);
 237 texput (%m_e, "m_{\\mathrm{e}}");
 238
 239 /* REMAINDER OF SECTION OMITTED */
 240
 241 /* OMITTED: Muon */
 242 /* OMITTED: Tau */
 243 /* OMITTED: Proton */
 244 /* OMITTED: Neutron */
 245 /* OMITTED: Deuteron */
 246 /* OMITTED: Triton */
 247 /* OMITTED: Helion */
 248 /* OMITTED: Alpha particle */
 249
 250 /* PHYSICOCHEMICAL */
 251
 252 declare (%N_A, physical_constant);
 253 declare (%N_A, dimensional);
 254 declare (%N_A, constant);
 255 qput (%N_A, "Avogadro constant", description);
 256 declare_constvalue (%N_A, 602214179*10^-8*10^23 ` 1/mol);
 257 qput (%N_A, 5*10^-8, RSU);
 258 texput (%N_A, "N_A");
 259
 260 declare (%m_u, physical_constant);
 261 declare (%m_u, dimensional);
 262 declare (%m_u, constant);
 263 qput (%m_u, "atomic mass constant", description);
 264 declare_constvalue (%m_u, 1.660538782e-27 ` kg);
 265 qput (%m_u, 5e-8, RSU);
 266 texput (%m_u, "\\mu_{\\mathrm{u}}");
 267
 268 declare (%F, physical_constant);
 269 declare (%F, dimensional);
 270 declare (%F, constant);
 271 qput (%F, "Faraday constant $N_A e$", description);
 272 declare_constvalue (%F, 96485.3399 ` C/mol);
 273 qput (%F, 2.5e-8, RSU);
 274 texput (%F, "F");
 275
 276 declare (%R, physical_constant);
 277 declare (%R, dimensional);
 278 declare (%R, constant);
 279 qput (%R, "molar gas constant", description);
 280 declare_constvalue (%R, 8314472*10^-6 ` J/mol/K);
 281 qput (%R, 1.7e-6, RSU);
 282 texput (%R, "R");
 283
 284 /* Boltzmann constant moved -- put it before Planck temperature */
 285
 286 declare (%V_m, physical_constant);
 287 declare (%V_m, dimensional);
 288 declare (%V_m, constant);
 289 qput (%V_m, "molar volume of ideal gas $R T/p$, $T = 273.15 \\; \\mathrm{K}, p = 101.325 \\; \\mathrm{kPa}$", description);
 290 declare_constvalue (%V_m, 22.413996e-3 ` m^3/mol);
 291 qput (%V_m, 1.7e-6, RSU);
 292 texput (%V_m, "V_m");
 293
 294 declare (%n_0, physical_constant);
 295 declare (%n_0, dimensional);
 296 declare (%n_0, constant);
 297 qput (%n_0, "Loschmidt constant $N_A/V_m$", description);
 298 declare_constvalue (%n_0, 2.6867774e25 ` 1/m^3);
 299 qput (%n_0, 1.7e-6, RSU);
 300 texput (%n_0, "n_0");
 301
 302 declare (%ratio_S0_R, physical_constant);
 303 declare (%ratio_S0_R, dimensional);
 304 declare (%ratio_S0_R, constant);
 305 qput (%ratio_S0_R, "Sackur-Tetrode constant (absolute entropy constant) $5/2 + \\log\\left((2\\pi m_{\\mathrm{u}} k T_1/h^2)^{3/2} k T_1/p_0\\right)$, $T_1 = 1 \\; \\mathrm{K}, p_0 = 101.325 \\; \\mathrm{kPa}$", description);
 306 declare_constvalue (%ratio_S0_R, -1.1648677);
 307 qput (%ratio_S0_R, 3.8e-6, RSU);
 308 texput (%ratio_S0_R, "(S_0/R)");
 309
 310 declare (%sigma, physical_constant);
 311 declare (%sigma, dimensional);
 312 declare (%sigma, constant);
 313 qput (%sigma, "Stefan-Boltzmann constant $(\\pi^2/60) k^4/(\\hbar^3 c^2)$", description);
 314 declare_constvalue (%sigma, 5.670400e-8 ` W/m^2/K^4);
 315 qput (%sigma, 7e-6, RSU);
 316 texput (%sigma, "\\sigma");
 317
 318 declare (%c_1, physical_constant);
 319 declare (%c_1, dimensional);
 320 declare (%c_1, constant);
 321 qput (%c_1, "first radiation constant $2\\pi h c^2$", description);
 322 declare_constvalue (%c_1, 3.74177118e-16 ` W*m^2);
 323 qput (%c_1, 5e-8, RSU);
 324 texput (%c_1, "c_1");
 325
 326 declare (%c_1L, physical_constant);
 327 declare (%c_1L, dimensional);
 328 declare (%c_1L, constant);
 329 qput (%c_1L, "first radiation constant for spectral radiance $2 h c^2$", description);
 330 declare_constvalue (%c_1L, 1.191042759e-16 ` W*m^2/sr);
 331 qput (%c_1L, 5e-8, RSU);
 332 texput (%c_1L, "c_{\\mathrm{1L}}");
 333
 334 declare (%c_2, physical_constant);
 335 declare (%c_2, dimensional);
 336 declare (%c_2, constant);
 337 qput (%c_2, "second radiation constant $h c/k$", description);
 338 declare_constvalue (%c_2, 1.4387752e-2 ` m*K);
 339 qput (%c_2, 1.7e-6, RSU);
 340 texput (%c_2, "c_2");
 341
 342 declare (%b, physical_constant);
 343 declare (%b, dimensional);
 344 declare (%b, constant);
 345 qput (%b, "Wien displacement law constant $b = \\lambda_{\\mathrm{max}} T = c_2/4.965 114 231\\ldots$", description);
 346 declare_constvalue (%b, 2.8977685e-3 ` m*K);
 347 qput (%b, 1.7e-6, RSU);
 348 texput (%b, "b");
 349
 350 declare (%b_prime, physical_constant);
 351 declare (%b_prime, dimensional);
 352 declare (%b_prime, constant);
 353 qput (%b_prime, "Wien displacement law constant $b' = \\nu_{\\mathrm{max}}/T = 2.821 439 372\\ldots c/c_2$", description);
 354 declare_constvalue (%b_prime, 5.878933e10 ` Hz/K);
 355 qput (%b_prime, 1.7e-6, RSU);
 356 texput (%b_prime, "b'");