ETALONS

étalons

Chacune des 7 unités fondamentales a une définition (internationalement agréée) qui débouche sur une expérience permettant la matérialisation de sa mesure, qui est nommée ETALON

Certains étalons ont été définis ou réalisés aux siècles derniers, avec des précisions numériques qui sont devenues insuffisantes pour les expériences en infiniment petit et désormais, on tend à les référencer à partir des constantes fondamentales(qui sont connues chacune avec des précisions ultimes)

Etalon d'angle: stéradian  // radian

L'unité d'angle solide est le stéradian, angle solide dont le sommet est au centre d'une sphère et découpant, sur la surface de celle-ci une aire équivalente à celle d'un carré de côté égal au rayon de cette sphère.

L'angle plan en est un cas particulier (groupe double) et son unité (étalon) est le radian,

découpant sur la circonférence d'un cercle un arc dont la longueiur est égale au rayon dudit cercle 

 

Etalon d'intensité électrique: l'ampère

Dans le passé, la définition légale de l'Ampère était "intensité d’un courant électrique constant qui, maintenu dans 2 conducteurs parallèles rectilignes, de longueurs infinies, de sections circulaires négligeables et placés à une distance de un mètre dans le vide, produit entre ces 2 conducteurs une force de 2.10-7 Newton, pour chaque mètre de longueur"

Il y avait un étrange facteur 2 figurant dans cette définition fondamentale, dû au fait qu’une partie de la définition parle d’un plan (celui des 2 conducteurs parallèles, où il est question de 2 dimensions géométriques) mais l’autre partie  considère une interaction dans le cadre de l’espace (donc avec une 3° dimension géométrique) et le rapport des mesures d'angles intervenant entre le plan et l’espace imposait 4p / 2p = 2

Devant cette absurdité, on a enfin défini un Ampère à références formelles :

c'est désormais 6241509629152650000 charges élémentaires (e) écoulées en une seconde (e = 1,6021733.10-19 Coulomb)

 

Etalon d'intensité lumineuse: la candela

L'intensité lumineuse n'est pas une grandeur fondamentale : c'est une puissance spatiale, un peu particulière, mais sans plus ! Sa dimension est L2.M.T-3.A-1 où l'on voit bien qu'il n'y est formulé que la présence de 4 grandeurs fondamentales, déjà bien définies par ailleurs

L'intensité lumineuse concerne cependant les phénomènes visuels, si fondamentaux dans la vie humaine, et le législateur (qui n'est pas physicien) a cru bon d'en rajouter et de définir de manière superfétatoire, une unité d'intensité lumineuse  

Mais la définition de son unité  apporte plus de brume que de clarté, comme le montre la citation légale alambiquée ci-après :

"La candela est l'intensité lumineuse produite, dans une direction donnée, par une source émettant un rayonnement monochromatique de fréquence 5,4.1014 Hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est 1/683 Watt par stéradian" .

Pour comprendre, lisons cela ainsi : "l’unité d’intensité énergétique est le Watt par stéradian (W/sr); mais pour des raisons biologiques, on utilise pour l'énergie lumineuse (la lumière), une unité dite candela, valant 1/683 W/sr, correspondant à l’intensité minimale perçue par un œil standard dans l'axe de l'angle solide d'émission et ceci pour une couleur (vert-jaune) de fréquence 5,4.1014 Hz ".

Cette définition légale n'est finalement que l'explication d'un changement d'unité d'intensité énergétique, quand celle-ci est lumineuse

L'intensité est en effet une puissance spatiale et son unité est le W/sr, mais selon la couleur dans laquelle elle est émise, l'oeil ne perçoit pas la même densité d'intensité; donc on affecte au W/sr un coefficient  biologique (dit équivalent mécanique de la lumière Kél) et l'unité devient un Watt-Kél /sr . Comme il faut quand même bien préciser en outre une valeur numérique pour cette unité -puisque c'est un étalon légal- on spécifie que le moindre résultat perçu par un oeil est atteint quand Kél =1/683 (quand la couleur est jaune-verte, de fréquence 5,4.1014 H) et c'est alors  ça l'unité

Par contre, quand (Kél) devient maximum (683/683, c'est à dire 1, dans les couleurs violette ou rouge) alors le W.Kél /sr ne fournit finalement plus de candelas

Nota: l'équivalent mécanique de la lumière (Kél) est l'inverse du coefficient d'efficacité lumineuse (ye) fréquemment rencontré dans les formules

 

Etalon de longueur: le mètre

A l'origine, le mètre (dix-millionième partie d'un méridien terrestre) était matérialisé par la distance entre 2 traits gravés sur un morceau de platine, qualifié d'étalon de longueur.

Désormais, c'est la distance parcourue par la lumière, dans le vide, pendant la fraction de

(1 / 299792458) seconde

 

Etalon de masse: le kilogramme

Jusqu'ici le kilo est défini par un étalon tangible, sous la forme d'un morceau de platine dont quelques exemplaires sont conservés en divers lieux

Désormais, l'étalon sera référencé par rapport à E = mc²

On ne sait pas encore si ce sera avec intervention d'une formule avec la constante de Planck h (6, 62607.10-34 J-s) ou avec nombre d'Avogadro (6,02214.1023 p)

 

Etalon de quantité de matière: la mole

Il n'y a pas ici d'expérience à afffiner, puisqu'on fait appel simplement au nombre d'Avogadro (6,02214.1023 atomes par mole alors que c'est une valeur purement forfaitaire numériquent (et non relative à la masse d'un nombre de particules). 

 

Etalon de température: le degré Kelvin

Le degré Kelvin (K) est la mesure élémentaire dans l'échelle thermodynamique des températures absolues, dans laquelle le point triple de l'eau a pour valeur 273,16 

Une révision de cette définition sera prochainement proposée en référence à la constante de Boltzmann (1,3806703. 10-23 J/K)

 

Etalon de temps : la seconde

La seconde (s) fut archaïquement l'étalon de temps, sous la forme de durée moyenne d'un battement de coeur humain

C'est devenu la durée de 9.192.631.771 périodes de vibration d’une radiation lors de la transition entre les 2 niveaux hyperfins (F4.M0 et F3.M0) de l’état fondamental de l’atome de césium 133 (non perturbé par des champs extérieurs, bien sûr !)

 

En complément  il existe des étalons hormis ceux des unités légales ci-dessus

On peut citer par exemple l'étalon de résistance électrique qui est nommé “Constante de Von Klintzing” (RvK) et qui est le quantum d’effet Hall, défini comme RvK = h / e² (où h est la constante de Planck et e la charge élémentaire). Sa valeur est RvK = 2,58128 Ohms

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