« Kilogramme2 » : différence entre les versions
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Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à '''la balance du Watt'''. Si <math> h </math> s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près. | Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à '''la balance du Watt'''. Si <math> h </math> s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près. | ||
Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes impliquent des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de déduire la valeur de la constante de Planck. | |||
Version du 14 juin 2021 à 13:29
En bref
Le kilogramme (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer la masse. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck ([math]\displaystyle{ h }[/math]). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant déjà définis par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du kilogramme, qui se met sous la forme d'une simple équation :
où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.
- la notation [math]\displaystyle{ m^{-2} }[/math] signifie que l'on divise 2 fois par [math]\displaystyle{ m }[/math] .
Une définition historique du kilogramme
Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un étalon matériel, conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
Il s'agit de la dernière unité du système international à être définie à partir des constantes fondamentales de la physique et non pas à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les Généralités sur le SI ).
Histoire du kilogramme
C'est en 1799 que le premier étalon du kilogramme est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour masse fixée elle occupe un minimum de place).
Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais le Bureau des Poids et Mesures (BIPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une constante de la physique universelle.
Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck ([math]\displaystyle{ h }[/math]).
La balance du Watt (ou balance de Kibble)
La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [math]\displaystyle{ h }[/math], de la seconde, et du mètre. Le mètre et la seconde étant déjà définies, la précision de la définition du kilogramme dépend donc de la précision de la mesure de la constante de Planck ([math]\displaystyle{ h }[/math]) .
Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à la balance du Watt. Si [math]\displaystyle{ h }[/math] s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.
Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes impliquent des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de déduire la valeur de la constante de Planck.