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 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 (par exemple les unités de Planck) 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.

Liste de constantes physiques

Le nombre entre parenthèses représente l'incertitude sur le dernier chiffre significatif. Par exemple :

  • 6,673(10) × 10−11 signifie 6,673 × 10−11 ± 0,010 × 10−11 ;
  • 1,602 176 620 8(98) × 10−19 C signifie que l'incertitude est de : 0,000 000 009 8 × 10−19[1].

Constantes universelles

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur numériqueIncertitude
relative
Célérité de la lumière dans le videc
(ou c0)
[2]299 792 458 m s−1Exacte
(définition du mètre)
Perméabilité magnétique du videμ0×10-7 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 videε08,854 187 817… × 10−12 A2 s4 kg−1 m−3 (ou F⋅m-1)Par définition
Impédance caractéristique du videZ0376,730 313 461… kg m2 A−2 s−3Par définition
Constante de Planck6,626 070 040 × 10−34 kg m2 s−1 (ou J⋅s)Exacte

(définition du kilogramme)

Constante de Planck réduite1,054 571 800 × 10−34 kg m2 s−1Par définition

Électromagnétisme

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur
numérique
Incertitude relative
Charge élémentairee1,602 176 620 8(98) × 10−19 A s6,1 × 10−9
Constante de Coulombκ8,987 551 787 368 176 4 × 109 kg m3 A−2 s−4Par définition

Gravitation

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur
numérique
Incertitude relative
Constante
gravitationnelle
GMesure6,674 08(31) × 10−11 m3 kg−1 s−24,7 × 10−5
Accélération normale
de la pesanteur terrestre
au niveau de la mer
g0Convention9,806 65 m s−2Par définition

Constantes physico-chimiques

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur
numérique
Incertitude relative
Température du point triple de l'eauT0Convention273,16 KPar définition
Pression standard de l'atmosphèreatmConvention101 325 PaPar définition
Nombre d'AvogadroNA ou LMesure6,022 140 857(74) × 1023 mol−11,2 × 10−8
Constante des gaz parfaitsR ou R0Mesure8,314 459 8(48) J K−1 mol−15,7 × 10−7
Constante de Boltzmannk ou kB1,380 648 52(79) × 10−23 J K−15,7 × 10−7
Constante de FaradayF96 485,332 89(59) C mol−16,2 × 10−9
Volume molaire d'un gaz parfait,
p = 101,325 kPa, T = 273,15 K
V022,413 962(13) × 10−3 m3 mol−15,7 × 10−7
Unité de masse atomiqueuma1,660 539 040(20) × 10−27 kg1,2 × 10−8
Première constante de rayonnement3,741 771 790(46) × 10−16 W m21,2 × 10−8
pour la radiance spectrale1,191 042 953(15) × 10−16 W m2 sr−11,2 × 10−8
Deuxième constante de rayonnement1,438 777 36(83) × 10−2 m K5,7 × 10−7
Constante de Stefan-Boltzmannσ5,670 367(13) × 10−8 W m−2 K−42,3 × 10−6
Constante de Wien ou σw 00002,897 772 9(17) × 10−3 K5,7 × 10−7
Constante de LoschmidtNL2,686 781 1(15) × 1025 m−35,7 × 10−7

Constantes atomiques et nucléaires

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur
numérique
Incertitude relative
Constante de structure fineα7,297 352 566 4(17) × 10−32,3 × 10−10
Constante de RydbergR1,097 373 156 850 8(65) × 107 m−15,9 × 10−12
Énergie de HartreeEH4,359 744 650(54) × 10−18 J1,2 × 10−8
Quantum de conductanceG07,748 091 731 0(18) × 10−5 S2,3 × 10−10
Quantum de flux magnétiqueΦ02,067 833 831(13) × 10−15 Wb6,1 × 10−9
Quantum de circulation3,636 947 548 6(17) × 10−4 m2 s−14,5 × 10−10
Rayon de Bohra05,291 772 106 7(12) × 10−11 m2,3 × 10−10
Longueur d'onde de Compton
pour l'électron
λC2,4263 × 10−12 m
Rayon de Compton
pour l'électron
RC3,861 159 × 10−13 m
Rayon classique
de l'électron
re2,817 940 325(28) × 10−15 m
Magnéton de BohrμB9,274 009 994(57) × 10−24 A m26,2 × 10−9
Magnéton nucléaireμN5,050 783 699(31) × 10−27 A m26,2 × 10−9
Masse du protonmpMesure1,672 621 898(21) × 10−27 kg1,2 × 10−8
Énergie du protonmpCalcul[3]938,272 081 3(58) MeV6,2 × 10−9
Masse du neutronmnMesure1,674 927 471(21) × 10−27 kg1,2 × 10−8
Énergie du neutronmpCalcul[4]939,565 413 3(58) MeV6,2 × 10−9
Masse de l'électronmeMesure9,109 383 56(11) × 10−31 kg1,2 × 10−8
Masse du muonmμMesure1,883 531 594(48) × 10−28 kg2,5 × 10−8
Masse du tauonmτMesure3,167 47(29) × 10−27 kg9 × 10−5
Masse du bosonmMesure1,625 56(13) × 10−25 kg
Masse du boson WmWMesure1,4334(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

Nom
de la constante
SymboleOrigineValeur
numérique
Incertitude relative
Constante de Planck6,626 070 040(81) × 10−34 kg m2 s−1 (ou J⋅s)Exacte
Constante de Planck réduite1,054 571 800(13) × 10−34 kg m2 s−1Exacte
Masse de PlanckmP2,176 470(51) × 10−8 kg7,4 × 10−5
Longueur de PlancklP1,616 229(38) × 10−35 m7,4 × 10−5
Temps de PlancktP5,391 16(13) × 10−44 s7,4 × 10−5
Température de PlanckTP1,416 808(33) × 1032 K7,8 × 10−5
Charge de PlanckQP1,875 × 10−18 C
Force de PlanckFP1,210 × 1044 N
Énergie de PlanckEP1,956 × 109 J
Puissance de PlanckPP3,629 × 1052 W

Valeurs exactes

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/e22,581 280 7 × 104 Ω (CIPM (1988) Recommandation 2, PV 56; 20)

KJ−1 = 2e/h ≡ 4,835 979 × 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.

Figeage de constantes

Quatre constantes fondamentales de la physique ont été figées lors de la Conférence générale des poids et mesures, convoquée du 13 au [5],[6] :

Il est désormais possible de redéfinir un nouveau système d'unités et donc, l'ampère, le kelvin, la mole et le kilogramme qui était encore défini à partir d'un étalon en platine iridié enfermé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres.

Notes et références

  1. « Constantes physiques fondamentales : charge élémentaire de l'électron », sur CODATA (consulté le 20 janvier 2018)
  2. Harris Benson (trad. de l'anglais), Physique 2. Electricité et magnétisme, Bruxelles/Paris/Saint-Laurent (Québec), de Boeck, , 534 p. (ISBN 978-2-8041-0761-1), chap. 13 (« Les équations de Maxwell; les ondes électromagnétiques »)
  3. Sean Bailly, « Proton et neutron : une différence de masse enfin expliquée par le calcul », sur pourlascience.fr, (consulté le 18 mars 2016).
  4. Eric Simon, « La différence de masse entre proton et neutron obtenue par calcul pour la première fois », sur ca-se-passe-la-haut.fr, (consulté le 18 mars 2016).
  5. « Des constantes désormais constantes », La Recherche, , p. 18
  6. Christophe Daussy, « Un nouveau système d'unités de mesure pour le XXIe siècle », sur larecherche.fr, article de (consulté le 30 juillet 2019).

Voir aussi

Articles connexes

Bibliographie

  • (en) Peter J. Mohr, D. B. Newell, Barry N. Taylor †, « CODATA recommended values of the fundamental physical constants: 2014 », CODATA Review of moderne physics, (lire en ligne) : discute le bien-fondé des valeurs recommandées, par les auteurs du rapport (dont Barry N Taylor, lui-même)
  • Gilles Cohen-Tannoudji et Dominique Lecourt, Les constantes universelles, Paris, Hachette littérature, coll. « pluriel », , 3e éd., 158 p. (ISBN 978-2-01-278877-0, OCLC 38552927)
  • Jean-Philippe Uzan et Roland Lehoucq, Les constantes fondamentales, Paris, Éditions Belin, coll. « Histoire Sciences », , 487 p. (ISBN 978-2-7011-3626-4, notice BnF no FRBNF39295528)

Liens externes

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