Constante physique

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Introduction

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.

Liste

Constantes universelles

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Célérité de la lumière dans le videc (ou c0)299 792 458 m·sexacte (définition du mètre)
Perméabilité magnétique du videμ04π×10 kg·m·A·s (ou H·m)

1,256 637 061 4... × 10 kg·m·A·s
exacte (définition de l'Ampère)
Permittivité diélectrique du videε01/μ0·c²8,854 187 817...×10 A²·s·kg·mPar définition
Impédance caractéristique du videZ0μ0·c376,730 313 461... kg·m²·A·sPar définition
Constante de Planck6,626 069 3(11)×10 kg·m²·s (ou J·s)1,7×10
Constante de Planck réduiteℎ/2π1,054 571 68(18)×10 kg·m²·s1,7×10

Électromagnétisme

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Charge élémentairee1,602 176 53(14)×10 A·s8,5×10
Constante de Coulombκ1/4πε08,987 551 787 368 176 4×10 kg·m³·A·sPar définition

Gravitation

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Constante gravitationnelleGMesure6,674 2(10)×10 m³·kg·s1,5×10
Accélération normale de la pesanteur à la surface de la Terreg0Convention9,806 65 m·sPar définition

Constantes physico-chimiques

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Température du point triple de l'eauT0273,16 KPar définition
Pression standard de l'atmosphèreatmConvention101 325 PaPar définition
Nombre d'AvogadroNA ou LMesure6,022 141 99(47)×10 mol1,7×10
Constante des gaz parfaitsR ou R0Mesure8,314 472(15) J·K·mol1,7×10
Constante de Boltzmannk ou kBR/NA1,380 650 5(24)×10 J·K1,8×10
Constante de FaradayFNAe96485,3383(83) C·mol8,6×10
Volume molaire d'un gaz parfait,

p = 101,325 kPa, T = 273,15 K
V0RT/p22,413 996(39)×10 m³·mol1,7×10
Volume molaire d'un gaz parfait,

p = 100 kPa, T = 273,15 K
RT/p22,710 981(40)×10 m³·mol1,7×10
Unité de masse atomiqueuma1,660 538 86(28)×10 kg1,7×10
Première constante de rayonnementc1 = 2 π h c3.741 771 18(19) × 10 W·m²5.0 × 10
pour la radiance spectralec1L=2hc1.191 042 82(20) × 10 W·m² sr5.0 x 10
Deuxième constante de rayonnementc2 = h c / k1.4387752(25) × 10 m·K1.7 × 10
Constante de Stefan-Boltzmannσ2π⁵kB⁴/15ℎ³c²5,670 400(40)×10 W·m·K7,0×10
Constante de Wienb ou σw2,897 768 5(51)×10 m·K1,7×10
Constante de LoschmidtNLNA/V02,686 777 3(47)×10 m1,8×10

Constantes atomiques et nucléaires

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Constante de structure fineαe²μ0c/2ℎ7,297 352 568(24)×103,3×10
Constante de RydbergRmeα²c/2ℎ1,097 373 156 852 5(73)×10 m6,6×10 (Mesure)
Énergie de HartreeEH2Rℎc4,359 744 17(75)×10 J1,7×10
Quantum de conductanceG02/RK7,748 091 733(26)×10 S
Quantum de flux magnétiqueΦ01/KJ2,067 833 72(18)×10 Wb
Quantum de circulationℎ/2me3,636 947 550(24)×10 m²·s
Rayon de Bohra0ℎ/2πme5,291 772 108(18)×10 m
Longueur d'onde de Compton pour l'électronλCℎ/me c2,426 3×10 m
Rayon de Compton pour l'électronRCh /2πmec3,861 159 ×10 m
Rayon classique de l'électronree²/4πε0me2,817 940 325(28)×10 m
Magnéton de BohrμBKJℎ²/8πme9,274 009 49(80)×10 A·m²
Magnéton nucléaireμNKJℎ²/8πmp5,050 783 43(43)×10 A·m²
Masse du protonmpMesure1,672 621 71(29)×10 kg
Masse du neutronmnMesure1,674 927 28(29)×10 kg
Masse de l'électronmeMesure9,109 382 6(16)×10 kg
Masse du muonmμMesure1,883 531 40(33)×10 kg
Masse du taumτMesure3,167 77(52)×10 kg
Masse du boson Z°mMesure1,625 56(13)×10 kg
Masse du boson WmWMesure1,4334(18)×10 kg

Le nombre entre parenthèses représente l'incertitude sur les derniers chiffres. Par exemple : 6,673(10)×10 signifie 6,673×10 ± 0,010×10

Unités de Planck

NomSymboleOrigineValeurIncertitude relative
Constante de Planck6,626 069 3(11)×10 kg·m²·s (ou J·s)1,7×10
Constante de Planck réduiteℎ/2π1,054 571 68(18)×10 kg·m²·s1,7×10
Masse de Planckmp(ℎc/2πG)2,176 45(16)×10 kg7,4×10
Longueur de Plancklp(ℎG/2πc³)1,616 24(12)×10 m7,4×10
Temps de Plancktp(ℎG/2πc)5,391 21(40)×10 s7,4×10
Température de PlanckTp(ℎc/2πGkB²)1,416 79(11)×10 K7,8×10
Tension de Planck10 T

Valeurs exactes

Dans le but de rendre l'étalonnage de l'ampère, unité de base du Système international (SI), plus précis, la 18 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 ≡ 2,5812807×10 Ω (CIPM (1988) Recommandation 2, PV 56; 20)

KJ = 2e/h ≡ 4,835979×10 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 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

  • 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!)