SYSTèMES D’UNITéS

-systèmes d'unités

BESOIN d'un SYSTEME d'UNITES

Pour pouvoir mesurer les grandeurs de la Physique, il est impératif de les comparer et la base choisie pour cette comparaison est nommée unité de mesure. L'ensemble des unités nécessaires pour les diverses grandeurs forme un système (d'unités) 

Un quelconque système d'unités se doit de posséder les qualités suivantes

-Unicité (pas de terminologie identique pour des unités concernant des grandeurs de nature différente)

-Pragmatisme (les unités usuelles doivent être proches des mesures de nos expériences usuelles humaines)

Il y a toujours eu difficulté pour standardiser les unités permettant de mesurer les grandeurs physiques --ceci s’expliquant par l’énorme disproportion entre certaines notions d’infiniment petit (où l'on peut trouver un nombre infinitésimal d'unités de 10-53 ) et à l'opposé d'autres notions concernant l’infiniment grand (faisant intervenir un gigantisme de 10+53 unités) tout ceci par rapport à nos unités de repères usuels "à taille humaine"

C'est ici l'un des domaines les plus embrouillés de la Physique, car on a inventé tellement de variantes dans les unités que 50% des formules de physique trouvées au hasard des lectures sont incompatibles. Enormément de questions issues des praticiens de la Physique ou même d'échanges de vues entre spécialistes, tournent autour de ces questions d'unités

Théorème de Vaschy-Buckingham (ou Théorème pi)

C'est une relation entre les unités de mesure :

n= n- nf    na = nombre d'unités adimensionnelles, np = nombre d'unités totales et

nf = nombre d'unités fondamentales

Systèmes d'unités au cours des âges

-certains ont voulu simplifier (c'est le cas du système rationalisé et du système de microphysique) >> ceci fait disparaître diverses grandeurs car on les prétend égales à un nombre. Donc cela simplifie, puisqu'on fait disparaître certaines unités, au profit de la notion de TAS (car un nombre est un tas, informel) On tombe alors dans la prestidigitation, mais pas dans la Physique. Par exemple :

-on a créé des unités variables (sic) , y compris au XXI° siècle (avec le pixel)

-on a créé des unités catégorielles (pour les initiés des zones de l'infiniment petit ou de l'infiniment grand) et tout repère pratique est perdu, ainsi que toute forme de calcul simple, dès lors qu'on commence à avoir des unités définies avec 10 ou 20 zéros derrière ou devant la virgule usuelle de nos perceptions quotidiennes)

Exemples le parsec ou le barn, qui sont des unités tellement éloignées de nos perceptions qu'elles stagnent dans l'incompréhension

-on a voulu utiliser (par exemple en électricité) des unités qui sont les inverses de la logique du reste de la Physique et on persiste (au XXI° siécle) à les traîner, imposant ainsi un double langage (des unités logiques et des unités inverses correspondantes) Bien sûr cela double les tâches et quadruple les sources d'erreurs (voir le cas de la permittivité)

-il a été inventé de nombreux systèmes d'unités (dont : c.g.s--Q.E.S--M.Kp.s--M.T.S --M.K.S.A.), mais bien que certains soient officiellement abandonnés, ils continuent à promener leurs vestiges avec des unités toxiques, mais apparemment increvables comme le Gauss, l'atome-gramme, la pulsation, la calorie, le cm de mercure...

 

LE SYSTÈME ACTUEL INTERNATIONALEMENT AGREE, est le S.I. (Système International), que nous dénommerons ici désormais "S.I.+" car nous y incorporons l'angle (dimensionnellement)

La loi française nous impose six grandeurs fondamentales >>>

Longueur(L), Masse(M), Temps(T), Intensité(I), Température(Θ), Angle(A).

En outre, les Physiciens ajoutent une notion auxiliaire à ces 6 grandeurs légales: la quantité de matière (symbolisée N dans l'équation aux dimensions)

Ce N  n'est en fait qu’un repère et pas une dimension au sens strict (N correspond à la structure intrinsèque d'une quantité informelle de matière, mais n'a aucune consistance de grandeur tangible ni mesurable)

Malgré la remarquable logique d'usage du système S.I.+ , on subit toujours la présence de systèmes d'unités de mesure complètement aberrants, cités ci-dessous

LE SYSTÈME DIT "RATIONNALISÉ"

Il est surtout utilisé en électricité, où l'on fait apparaître l'angle solide sous la forme d'une valeur particulière (le nombre 4 pi) au numérateur de certaines formules, mais évidemment il disparaît au dénominateur de formules voisines. Cela cause alors l'illogisme total d'avoir des unités identiques pour des grandeurs différentes !

Faire disparaître l'angle solide au profit d'un nombre est une aberration

Voir le chapitre grandeurs angulaires

 

LE SYSTÈME des UNITÉS DE PLANCK en COSMOLOGIE

Ce système utilise des unités ayant la prétention de "simplifier" les formules aux temps extrêmes de la création de l'univers.

En fait, cela ne simplifie rien du tout, car les rapports entre les grandeurs sont évidemment toujours les mêmes, quel que soit l'endroit où l'on en commence la mesure.

Ce n'est pas parce qu'on évite de rencontrer un 10-44 quelque part, qu'on évite de retrouver un 10+44 ailleurs .

Le système des unités de Planck nous emporte vers la magie de valeurs particulières allant jusqu'à proposer 96 zéros....

la longueur de Planck (= 1,616.10-35 m)--la masse de Planck (= 2,177.10-8kg)--la température de Planck (=1,415.1032K)-- le temps de Planck (= 5,391.10-44s)--la charge électrique de Planck (= 1,875.10-18 C) et alors la charge élémentaire (e) vaut 0,0854245 fois la charge de Planck --la force de Planck (= 1,210.1044N)--la densité volumique de Planck (= 5,1.1096 kg/m3 )--le FLUX de Planck (= 1,54.10-8 kg/sr) etc...

Il faut bien remarquer que n'importe quelle formule écrite avec des valeurs de Planck ci-dessus, n'est pas plus facile à lire que si elle est exprimée avec les unités S.I.+ >>> on a seulement changé la place des exposants et on a réussi à introduire des nombres ahurissants ne parlant plus du tout à nos sens...

 

LE SYSTÈME DES DISTANCES COSMOLOGIQUES

On impose ici l'année-lumière comme unité de longueur (c'est à dire un peu moins de 1016 mètres)

Mais on y amène aussi le parsec, unité de longueur qui est aussi de l'ordre de 1016 m.

Alors, c'est à partir de là que les cosmologistes essaient de nous faire "commencer à" compter. Ce qui n'empêche évidemment pas d’avoir besoin de d'utiliser des dizaines de milliers d'années-lumière et on recommence donc à empiler quantité de zéros au bout de ces indigentes unités !

Il serait si simple de compter avec seulement des puissances de 10 (quitte à ce que ce soit 1016 pile)

Les phénomènes cosmiques nous imposent certes de rencontrer des grandes (puissances de 10), mais pourquoi ne pas commencer à 10 puissance ‘’un’’ plutôt qu'à ''environ 1016'' ?? Les chaînes de mutiplications seront en même nombre. 

Et souvenons-nous surtout que notre perception réelle (pratique) est totalement évanouie dès qu'on se promène avec plus de 10 zéros…..

 

 

LE SYSTÈME DES UNITÉS GALACTIQUES

Ici on invente une unité en kilomètre par seconde et par mégaparsec (Mpc) pour exprimer l'inverse d'un temps (c'est à dire une fréquence).

Ce mégaparsec semble vouloir éviter les grandes puissances de 10 pour les longueurs (car il vaut 3,085.1022 m) mais cela implique de retomber sur des valeurs de temps en

1018 , ce qui n'est pas mieux.

 

LE SYSTÈME DIT PSYCHOPHYSIQUE (OU PSYCHOMÉTRIQUE)

C'est un système utilisé pour la lumière, où les grandeurs dépendent d'un coefficient variable ! Comme si une unité pouvait être variable ?

Eh bien c'est cependant une loi française qui le dicte en rendant légale l’introduction de la candela (avec la série des unités qui en sont dérivées et qui -en outre- portent des noms différents selon que la lumière est émise ou reçue !) C'est donc une zone de terminologies complexes où figurent le lumen, le lux, le nit et quelques autres inventions plus antiques (stilb, Lambert, phot, etc)

Par exemple une puissance surfacique spatiale (puissance dans une section d'angle solide) se nomme luminance si elle est émise et possède une unité légale (la candela par m²), mais elle est nommée illuminance ou absorbance...etc si elle est reçue et doit alors être exprimée avec une autre unité (le lux par stéradian)

Et en plus la candela par m² vaut 1/ 600 W/m² s'il y a du soleil, mais passe à environ 1/150 W/m² s'il fait temps gris.....

Liste des unités psychophysiques

Elles dépendent toutes de ye (le coefficient d'efficacité lumineuse) dont la valeur est variable (683 au mieux, pour le jaune-vert, jusqu'à 1 au pire, dans les zones extrêmes du spectre)

Pour l’énergie E :

--unité utilisée pour une lumière émise (dite émission ou quantité de lumière) :

le lumen-seconde(lm-s) qui vaut (1/ye)Joule

--unité utilisée pour une lumière reçue (dite éclairage,absorption,transmission ou réflexion selon les cas): le lux-seconde-m²(lx-s-m²) valant (1/ye) J

Pour l’énergie surfacique W ‘

--unité utilisée pour une lumière émise (dite densité de lumière): le lm-s/m²) qui vaut (1/ye)J/m²

--unité utilisée en lumière reçue (dite illumination) ou absorbée (exposition ou lumination),ou transmise (irradiation),ou réfléchie: le lux-seconde(lx-s)

Pour l’énergie spatiale A*

--unité utilisée pour une lumière émise(dite radiance): le lm-s/sr qui vaut (1/ye)J/sr

--unité utilisée en lumière reçue (dite éclairage spécifique) ou absorbée ,ou transmise,ou réfléchie: le(lx-s) qui vaut (1/ye)J/sr

Pour la puissance P:

--unité utilisée pour lumière émise(dite flux lumineux ou luminosité ou RAYONNEMENT lumineux): le lumen(lm) qui vaut (1/ye) Watt

--unité utilisée pour une lumière reçue ou absorbée,ou transmise,ou réfléchie: le lux-m²(lx-m²) qui vaut (1/ye)Watt

Pour la puissance linéique r*:

--unité utilisée pour une lumière émise (dite flux monochromatique ou RAYONNEMENT spectrique) : le (lm/m) qui vaut (1/ye)Watt/m

--unité utilisée pour une puissance lumineuse reçue ou absorbée,ou transmise,ou réfléchie:le lux-m(lx-m) qui vaut (1/ye)Watt/m

Pour la puissance surfacique p*

--unité pour une lumière émise (dite irradiance ou densité de flux) :le lm/m² valant (1/ye)W/m²

--unité pour une lumière reçue (dite éclairement), ou absorbée, ou transmise , ou réfléchie: le lux(lx) valant (1/ye)W/m²

Pour la puissance spatiale P’ :

--unité utilisée pour une lumière émise(dite intensité lumineuse): la candela(cd)ou lumen par stéradian(lm/sr) qui vaut (1/ye)W/sr

--unité utilisée pour une intensité reçue ou absorbée,ou transmise,ou réfléchie: le lux-m²/sr qui vaut (1/ye)W/sr

Pour une puissance surfacique spatiale Dl :

--unité utilisée pour une lumière émise (dite exitance lumineuse ou luminance, brillance, éclat, chrominance, émittance lumineuses, ou -débit de fluence lumineuse): le nit -abrégé nt- ou cd/m² (= 1/ye)W/m²-sr)

--unité utilisée pour une lumière reçue (dite illuminance), absorbée(absorbance), transmise(transmittance et dissipance),ou réfléchie(réflectance): le lux/sr) qui vaut (1/ye)W/m²-sr)

Pour une puissance volumique spatiale Z' :

--unité utilisée pour une lumière émise(dite exitance spectrique ou monochromatique ): le lumen/m3-sr qui vaut (1/ye)W/m3-sr

--unité utilisée pour une lumière reçue,absorbée,ou transmise ou réfléchie: le lux/sr-m qui vaut (1/ye)W/m3-sr

 

LE SYSTÈME DES UNITÉS DE MICROPHYSIQUE

Des unités spéciales ont été créées pour la microphysique, dont l'origine provient du quantum d'énergie (l'électronvolt) qui évidemment est fort peu utilisé, car on a rarement 1 électron tout seul en spectacle.Il n'est donc pas très heureux de compter avec les unités de microphysique, car en pratique, on part d'unités très petites, pour devoir rencontrer des quantités de millions ou de milliards de fois plus grandes, ce qui fait manipuler des quantités de zéros dans les 2 sens

Les correspondances entre unités microphysiques et unités S.I.+ sont les suivantes :

Action >> 1 électronvolt -seconde (symbole eV-s) vaut 1,602.10-19 J-s

Action >> 1mégaéléectrovolt-seconde (MeV-s)vaut1,602.10-13 J-s

Action >> 1 gigaélectronvolt -seconde (symbole GeV-s) vaut 1,602.10-10 J-s

Constante de conversion au carré >> 1 gigaélectronvolt-carré millibarn (GeV²-mb)  vaut 2,5.10-50 unités S.I.+

Energie >> 1 électronvolt (symbole eV ) vaut 1,602.10-19 J

Entropie >> 1 électronvolt par degré Kelvin (symbole eV/K) vaut 1,602.10-19 J/K

Force >> 1 électronvolt par mètre (symbole eV/m) vaut 1,602.10-19 N (ou J/m)

Force >> 1 électronvolt par centimètre (symbole eV/cm) vaut 1,602.10-17N (ou J/m)

Impulsion >> 1 électronvolt par c (symbole eV/c) vaut 5,344.10-28 kg-m/s

Masse >> 1 électronvolt par c² (symbole eV/c²) vaut 1,782.10-36 kg

Masse >> 1MeV/c²= 1,602.10-30 kg et 1GeV/c²=1,602.10-27kg

Quantité de mouvement >> 1MeV/c= 5,344.10-22 kg-m/s

Surface >> 1 barn (symbole b) vaut 10-28

Travail >> 1MeV =1,602.10-13 J    et 1GeV=1,602.10-10 J

 

LE SYSTÈME DIT "NATUREL"

En physique nucléaire, certaines grandeurs comme c, h, k ....etc  sont soudain ici posées égales à 1 (comme s'il était "naturel" de définir une valeur remarquable égale à un !) C'est ésotérique…

Il faut toutefois signaler qu’ils comptent en Gevn (où n est une puissance entiére)

Donc on a les équivalences suivantes >>>

1 GeV = 1,602.10-10 J et aussi = 1,16.1013 K et encore = 1,783.10-27 kg

1 GeV-1 = 1,97.10-16 m et aussi = 6,58.10-25s

1 GeV4 = 2,32.1020 kg/m3 et aussi = 1030 Tesla²

 

LE SYSTÈME PHOTONIQUE

On pose ici comme postulat que l’énergie est un paquet de photons (donc un nombre, sans dimension)

On y rencontre des unités extravagantes comme LA QUALITE des PHOTONS (exprimée en moles /s), LA DENSITE de FLUX PHOTONIQUE dite PPFD- exprimée en micromole/m²/s........... et souvent il y a la traduction en dollars !! 

 

En RESUME >>>  il faut utiliser toujours et partout le système S.I.+ (et ses unités) et éviter toute dérive vers des systèmes bâtards et des unités farfelues où sévissent des préfixes, des abréviations, des confusions terminologiques, etc

Voici des exemples tirés des sites Internet >>> une PUISSANCE y est donnée :

-parfois >> en milliers de Tép / an (mais qui a conscience spontanée de la valeur d'une Tép ?)

-parfois en milliers de kwh/habitant (mais qui connaît le nombre d'habitants ?)

-parfois même en térawattheure par m² (mais quels m² ? et puis téra n'est vraiment un préfixe populaire)

-et enfin on trouve un site (le comble) où la puissance est proposée comme un ensoleillement et mesurée en lux (alors que l'ensoleillement n'est pas une puissance et que le lux n'est une unité ni de puissance ni d'ensoleillement....)

   Copyright Formules-physique ©