Constante physique
En science, une constante physique est une quantité physique dont la valeur numérique est fixe. Contrairement à une constante mathématique, elle implique directement une grandeur physiquement mesurable.
Les valeurs listées ci-dessous sont des valeurs dont on a remarqué qu'elles étaient constantes et indépendantes de tous paramètres, et dont la théorie indique qu'elles doivent être constantes.
Mais il existe d'autres constantes, souvent des nombres entiers, qui figurent dans des formules, tels que le coefficient 1/2 et l'exposant 2 de l'expression de l'énergie cinétique 1/2×m×v². Il ne s'agit pas là de mesures, il s'agit de constantes faisant le pont entre les différentes unités, permettant de relier les phénomènes de référence (étalons) entre eux. Dans l'exemple donné, une force de 1 N exercée sur un objet de 2 kg sur 1 m (1 J) va lui transmettre une vitesse de 1 m/s (d'où le 1/2), mais il faudra une force de 4 N pour que l'objet ait une vitesse de 2 m/s (d'où le carré).
| Nom | Symbole | Valeur | Origine |
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| Vitesse de la lumière dans le vide | c (ou c0) | m/s | définition |
| Perméabilité du vide | μ0 | -7 kilogramme>kg·m/A²s² (ou H/m) | définition |
| Conductance du vide | S ≈ 2,654 418 729 438 07×10-3 A²s³/kg·m² | ≡ 1/μ0c | |
| Permittivité du vide | ε0 | F/m ≈ 8,854 187 817 620 39×10-12 A²s⁴/kg·m³ | ≡ 1/μ0c² |
| Impédance caractéristique du vide | Z0 | Ω ≈ 376,730 313 461 770 68 kg·m²/A²s³ | ≡ μ0c |
| Coulomb | κ | N/F | 0 = c² × 10-7 henry (unité)>H/m |
| Constante de Planck | ℎ | 33 joule (unité)>J·s ≈ 6,626 069 3(11)×10-34 kg·m²/s | ≡ 4/KJ²RK |
| Dirac | ℏ | 33·π joule (unité)>J·s ≈ 1,054 571 68(18)×10-34 kg·m²/s | ≡ h/2π = 2/πKJ²RK |
| Planck | mp | -8 kilogramme>kg | ≡ (ℎc/2πG)1/2 |
| Planck | lp | -35 mètre>m | ≡ (ℎG/2πc³)1/2 |
| Planck | tp | -44 seconde>s | ≡ (ℎG/2πc⁵)1/2 |
| Planck | Tp | 32 kelvin>K | ≡ (ℎc⁵/2πGkB²)1/2 |
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| Charge électronique; Charge élémentaire | e | C ≈ 1,602 176 53(14)×10-19 A·s | ≡ 2/KJRK |
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| gravitation; Constante gravitationnelle de Isaac Newton>Newton | G | -11 mètre>m³/kg·s² | mesure |
| Accélération normale de la pesanteur | g0 | m/s² | convention |
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| Température du point triple de l'eau | T0 | K | définition |
| Pression standard de l'atmosphère | atm | Pa | convention |
| Constante des gaz parfaits | R ou R0 | J/K·mol | = NAkB |
| Volume molaire d'un gaz parfait, p = 1 atm, θ = 0°C | V0 | L/mol | = Rθ/p |
| Volume molaire d'un gaz parfait, p = 1 bar, θ = 0°C | L/mol | = Rθ/p | |
| Nombre d'Avogadro | NA ou L | 23 mole>mol-1 | Nombre d'atomes de C12 dans leur état fondamental nécessaires pour obtenir une masse de 12 g |
| Unité de masse atomique | amu | -27 kilogramme>kg | 1/12 de la masse d'un atome de C12 dans son état fondamental |
| Boltzmann | k ou kB | -23 joule (unité)>J/K | = R/NA |
| Stéfan-Boltzmann | σ | -8 Watt (unité)>W/m²K⁴ | ≡ 2π⁵kB⁴/15ℎ³c² |
| Wien | b ou σw | -3 mètre>m·K | |
| Loschmidt | NL | 25 mètre>m-3 | ≡ NA/V0 |
| Faraday | F | C/mol | ≡ NAe |
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| Constante de structure fine | α | ≈ 7,297 352 568(24)×10-3 ≈ 1/137,035 999 11(46) | ≡ e²μ0c/2ℎ = μ0c/2RK |
| Rydberg | R∞ | 7 mètre>m-1 | ≡ meα²c/2ℎ |
| Hartree | EH | -18 joule (unité)>J | ≡ 2R∞ℎc |
| Quantum de conductance | G0 | -5 siemens (unité)>S | ≡ 2/RK |
| Quantum de flux magnétique | Φ0 | -15 weber (unité)>Wb | ≡ 1/KJ |
| Quantum de circulation | -4 mètre>m²/s | ≡ ℎ/2me | |
| Bohr | a0 | -11 mètre>m | ≡ ℎ/2πmecα |
| électron; Rayon de Arthur Holly Compton>Compton | re | -15 mètre>m | ≡ e²/4πε0mec² |
| Bohr | μB | -24 ampère>A·m² | ≡ KJℎ²/8πme |
| Magnéton nucléaire | μN | -27 ampère>A·m² | ≡ KJℎ²/8πmp |
| Masse du proton | mp | -27 kilogramme>kg | mesure |
| Masse du neutron | mn | -27 kilogramme>kg | mesure |
| Masse de l'électron | me | -31 kilogramme>kg | mesure |
| Masse du muon | mμ | -28 kilogramme>kg | mesure |
| Masse du tau | mτ | -27 kilogramme>kg | mesure |
| Masse du boson Z° | mZ° | -25 kilogramme>kg | mesure |
| Masse du boson W | mW | -25 kilogramme>kg | mesure |
Le nombre entre parenthèses représente l'incertitude sur les derniers chiffres. Par exemple : 6,673(10)×10-11 signifie 6,673×10-11 ± 0,010×10-11
Dans le but de rendre l'étalonnage de l'ampère, unité de base du Système international (SI), plus précis, la 18ième Conférence générale des poids et mesures (CGPM), a adopté, en 1988, des valeurs "exactes" des constantes de von Klitzing et de Josephson :
RK = h/e² ≡ 2,5812807×104 Ω (CIPM (1988) Recommendation 2, PV 56; 20)
KJ = 2e/h ≡ 4,835979×1014 Hz/V (CIPM (1988) Recommendation 1, PV 56; 19)
Cependant, le Comité consultatif d’électricité (CCE) a stipulé que « les Recommandations 1 (CI-1988) et 2 (CI-1988) ne constituent pas une redéfinition des unités SI. Les valeurs de KJ et RK, admises par convention, ne peuvent être utilisées pour la définition du volt et de l’ohm, c’est-à-dire des unités de force électromotrice et de résistance électrique du Système international d’unités. Sinon la constante µ0 n'aurait plus une valeur définie exactement, ce qui rendrait caduque la définition de l’ampère, et les unités électriques seraient incompatibles avec la définition du kilogramme et des unités qui en dérivent. »
Nonobstant ceci, il est possible de redéfinir le kilogramme, jusqu'ici la seule unité de base du SI qui soit encore définie par un étalon physique (et est donc le seul "degré de liberté" subsistant dans le système), à partir des valeurs exactes des constantes de von Klitzing et Josephson. Si on admet cela, toute une série de constantes physiques acquièrent des valeurs exactes en conséquence.
La définition du kilogramme serait alors :
«
La masse qui serait accélérée à exactement 2×10-7 m/s² si elle était soumise à la force par mètre entre deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre l’un de l’autre dans le vide, et au travers desquels circule un courant électrique constant d'exactement 6 241 509 629 152 650 000 charges élémentaires par seconde.
»
On en déduit alors que l'ampère vaut exactement 6 241 509 629 152 650 000 charges élémentaires par seconde. La valeur de la constante de Planck découle aussi de ces valeurs exactes, ainsi que celle de la constante de structure fine.
Valeurs exactes
Voir aussi :
Système international d'unités ~ Unités en physique ~ Conversion des unités