Constante physique

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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 semblaient constantes et indépendantes de tous paramètres utilisés, et que la théorie suppose donc réellement constantes.

Les constantes sans dimension, comme la constante de structure fine, ne dépendent pas du système de poids et mesures utilisé. Les autres auraient évidemment des valeurs différentes dans des systèmes différents. Des systèmes ont été proposés sur la base d'une fixation à 1 du plus grand nombre de constantes possible, mais n'ont pas connu grand succès pour le moment.

Sommaire

Liste [modifier]

Constantes universelles [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Célérité de la lumière dans le vide c (ou c0) 299 792 458 m·s-1 exacte (définition du mètre)
Perméabilité magnétique du vide μ0 4π×10-7 kg·m·A-2·s-2 (ou H·m-1)
1,256 637 061 4... × 10-6 kg·m·A-2·s-2		 exacte (définition de l'ampère)
Permittivité diélectrique du vide ε0 1/μ0·c² 8,854 187 817...×10-12 A²·s4·kg-1·m-3 (ou F·m-1) Par définition
Impédance caractéristique du vide Z0 μ0·c 376,730 313 461... kg·m²·A-2·s-3 Par définition
Constante de Planck ℎ 6,626 069 57×10-34 kg·m²·s-1 (ou J·s) 4,4×10-8
Constante de Planck réduite ℏ ℎ/2π 1,054 571 726×10-34 kg·m²·s-1 4,4×10-8

Électromagnétisme [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Charge élémentaire e 1,602 176 565(35)×10-19 A·s 2,2×10-8
Constante de Coulomb κ 1/4πε0 8,987 551 787 368 176 4×109 kg·m³·A-2·s-4 Par définition

Gravitation [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Constante gravitationnelle G Mesure 6,673 84(80)×10-11 m³·kg-1·s-2 1,2×10-4
Accélération normale de la pesanteur à la surface de la Terre g0 Convention 9,806 65 m·s-2 Par définition

Constantes physico-chimiques [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Température du point triple de l'eau T0 273,16 K Par définition
Pression standard de l'atmosphère atm Convention 101 325 Pa Par définition
Nombre d'Avogadro NA ou L Mesure 6,022 141 29(27)×1023 mol-1 4,4×10-8
Constante des gaz parfaits R ou R0 Mesure 8,314 462 1(75) J·K-1·mol-1 9,1×10-7
Constante de Boltzmann k ou kB R/NA 1,380 648 8(13)×10-23 J·K-1 9,1×10-7
Constante de Faraday F NAe 96485,3365(21) C·mol-1 2,2×10-8
Volume molaire d'un gaz parfait,
p = 101,325 kPa, T = 273,15 K		 V0 RT/p 22,413 968(20)×10-3 m³·mol-1 9,1×10-7
Volume molaire d'un gaz parfait,
p = 100 kPa, T = 273,15 K		 RT/p 22,710 953(21)×10-3 m³·mol-1 9,1×10-7
Unité de masse atomique uma 1,660 538 86(28)×10-27 kg 1,7×10-7
Première constante de rayonnement c1 = 2 π h c2 3.741 771 18(19) × 10−16 W·m² 5.0 × 10−8
pour la radiance spectrale c1L=2hc2 1.191 042 82(20) × 10−16 W·m² sr−1 5.0 x 10−8
Deuxième constante de rayonnement c2 = h c / k 1.4387752(25) × 10−2 m·K 1.7 × 10−6
Constante de Stefan-Boltzmann σ 2π⁵kB⁴/15ℎ³c² 5,670 373(21)×10-8 W·m-2·K-4 3,6×10-6
Constante de Wien b ou σw 2,897 772 1(26)×10-3 m·K 9,1×10-7
Constante de Loschmidt NL NA/V0 2,686 777 3(47)×1025 m-3 1,8×10-6

Constantes atomiques et nucléaires [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Constante de structure fine α e²μ0c/2ℎ 7,297 352 568(24)×10-3 3,3×10-9
Constante de Rydberg R∞ meα²c/2ℎ 1,097 373 156 852 5(73)×107 m-1 6,6×10-12 (Mesure)
Énergie de Hartree EH 2R∞ℎc 4,359 744 17(75)×10-18 J 1,7×10-7
Quantum de conductance G0 2/RK 7,748 091 733(26)×10-5 S
Quantum de flux magnétique Φ0 1/KJ 2,067 833 72(18)×10-15 Wb
Quantum de circulation ℎ/2me 3,636 947 550(24)×10-4 m²·s-1
Rayon de Bohr a0 ℎ/2πmecα 5,291 772 108(18)×10-11 m
Longueur d'onde de Compton pour l'électron λC ℎ/me c 2,426 3×10-12 m
Rayon de Compton pour l'électron RC h /2πmec 3,861 159 ×10-13 m
Rayon classique de l'électron re e²/4πε0mec² 2,817 940 325(28)×10-15 m
Magnéton de Bohr μB KJℎ²/8πme 9,274 009 49(80)×10-24 A·m²
Magnéton nucléaire μN KJℎ²/8πmp 5,050 783 43(43)×10-27 A·m²
Masse du proton mp Mesure 1,672 621 71(29)×10-27 kg
Masse du neutron mn Mesure 1,674 927 28(29)×10-27 kg
Masse de l'électron me Mesure 9,109 382 6(16)×10-31 kg
Masse du muon mμ Mesure 1,883 531 40(33)×10-28 kg
Masse du tau mτ Mesure 3,167 77(52)×10-27 kg
Masse du boson Z° mZ° Mesure 1,625 56(13)×10-25 kg
Masse du boson W mW Mesure 1,4334(18)×10-25 kg

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

Unités de Planck [modifier]

Nom Symbole Origine Valeur Incertitude relative
Constante de Planck ℎ 6,626 069 3(11)×10-34 kg·m²·s-1 (ou J·s) 1,7×10-7
Constante de Planck réduite ℏ ℎ/2π 1,054 571 68(18)×10-34 kg·m²·s-1 1,7×10-7
Masse de Planck mp (ℎc/2πG)1/2 2,176 45(16)×10-8 kg 7,4×10-5
Longueur de Planck lp (ℎG/2πc³)1/2 1,616 24(12)×10-35 m 7,4×10-5
Temps de Planck tp (ℎG/2πc5)1/2 5,391 21(40)×10-44 s 7,4×10-5
Température de Planck Tp (ℎc5/2πGkB²)1/2 1,416 79(11)×1032 K 7,8×10-5
Charge de Planck Q \sqrt{c \hbar 4 \pi \epsilon_0 }\; 1,875 × 10-18 C
Force de Planck Fp \frac{m_P l_P}{t_P^2} = \frac{c^4}{G}\; 1,210 × 1044 N
Énergie de Planck Ep F_P l_P = c^2\sqrt{\frac{c \hbar}{G}} 1,956 × 109 J
Puissance de Planck Pp \frac{E_P}{t_P} = \frac{c^5}{G}\; 3,629 × 1052 W

Valeurs exactes [modifier]

Dans le but de rendre l'étalonnage de l'ampère, unité de base du Système international (SI), plus précis, la 18e 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) Recommandation 2, PV 56; 20)

KJ = 2e/h ≡ 4,835979×1014 Hz/V (CIPM (1988) Recommandation 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 circulerait 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.

Bibliographie [modifier]

  • Rev Mod Phy (vol 77,jan 2005) : discute le bien fondé des valeurs recommandées, par les auteurs du rapport (dont Barry N Taylor, lui -même!)

Voir aussi [modifier]

Liens externes [modifier]

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