Unité de mesure
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Introduction

En physique et en métrologie, les unités sont des étalons pour la mesure de grandeurs physiques qui ont besoin de définitions précises pour être utiles. Les systèmes d'unité, définis en cherchant le plus large accord dans le domaine considéré, sont rendus nécessaires par la méthode scientifique (On appelle méthode scientifique l'ensemble des canons guidant ou devant guider le processus de production des connaissances scientifiques, que ce soit des observations, des expériences, des raisonnements, ou des calculs théoriques.) dont un des fondements est la reproductibilité (La reproductibilité d'une expérience scientifique est une des conditions qui permet d'inclure les observations réalisées durant cette expérience dans le processus d'amélioration perpétuelle des connaissances...) des expériences (et donc des mesures), ainsi que par le développement des échanges d'informations commerciales ou industrielles.

Par convention, les noms d'unité sont des noms communs ; ils s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non « Kelvin », « ampère » et non « Ampère » malgré MM. Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule...) et Ampère) et prennent la marque du pluriel (un volt, deux volts). Par contre, l'abréviation utilise une majuscule si le nom dérive de celui d'une personne (V pour volt / Volta, A pour ampère (Ampère peut désigner :) / Ampère), sinon une minuscule (m pour mètre). Cependant, la majuscule L, pour litre (Le litre (du grec λίτρα lítra, ancienne mesure de capacité – une livre de douze onces – égale au seizième du boisseau soit 0,813...), est tolérée par les conventions internationales, en raison du risque de confusion entre le l minuscule et le chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) 1 (Résolution 6 de la 16e Conférence générale des poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre....) et mesures (CGPM), 1979).

Différents systèmes d'unités sont basés sur des choix différents du jeu d'unités fondamentales. De nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...), le système d'unités le plus utilisé est le Système international d'unités (SI). Il y a sept unités de base du SI. Toutes les autres unités du SI peuvent être dérivées de ces unités de base.

D'autres systèmes d'unités ont été utilisés à des fins variées, par exemples :

  • le système d'unités CGS ;
  • le système mètre-tonne-seconde ;
  • le système d'unités de Planck et les unités naturelles ;
  • les système d'unités de mesure anglo-saxonnes ;
  • le système d'unités géométriques.

Unités de base du SI et unités dérivées

Grandeur Symbole Nom de l'unité Symbole de l'unité Description
longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet complètement...) l mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance...) m Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) par la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) pendant une durée de 1/299 792 458 seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...) (17e CGPM (1983), Résolution 1, CR 97).
Historiquement, la première définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) officielle et pratique du mètre (1791) était basée sur la circonférence de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et...), et valait 1/20 000 000 d'un méridien (En géographie, un méridien est un demi grand cercle imaginaire tracé sur le globe terrestre reliant les pôles géographiques. Tous les points de la Terre...). Auparavant, le mètre en tant que proposition d'unité décimale de mesure universelle était défini comme étant égal à 38 pouces de Prussie (John Wilkins, 1668), puis comme la longueur d'un pendule (Le mot pendule (nom masculin) nous vient d'Huygens et du latin pendere. Il s'agit donc à l'origine d'un système oscillant sous l'effet de la pesanteur. Parmi les célèbres pendules, c'est sans doute celui de Foucault qui est le plus connu....) qui oscille avec une demi-période d'une seconde (Tito Livio Burattini, 1675).
masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation (la masse grave). Ces...) m kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international d’unités (SI).) kg Le kilogramme (nom originel, le grave) est l'unité de masse. Il est égal à la masse du prototype international du kilogramme. Ce dernier, en platine-iridium (90%-10%), est gardé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres, en France (1re CGPM (1889), CR 34-38).
Historiquement, c'est la masse d'un décimètre (Un décimètre (symbole dm) vaut 10-1 = 0,1 mètre.) cube (En géométrie euclidienne, un cube est un prisme dont toutes les faces sont carrées. Les cubes figurent parmi les solides les plus remarquables de l'espace. C'est un des...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), soit un litre, à 4 °C.
durée t seconde s La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique (par exemple : infrarouge) ou par une désintégration (par exemple : radioactivité...) correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental (En physique quantique, les états fondamentaux d'un système sont les états quantiques de plus basse énergie. Tout état d'énergie supérieure à celle des états fondamentaux est un...) de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec...) de césium (Le césium est un élément chimique de symbole Cs et de numéro atomique 55.) 133 à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) de 0 kelvin (13e CGPM (1967-1968), Résolution 1, CR 103).
courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge électrique, généralement des électrons, au sein d'un...) I ampère A L'ampère est l'intensité d'un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de un mètre l'un de l'autre dans le vide produirait entre ces conducteurs une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) égale à 2.10-7 newton par mètre de longueur (9e CGPM (1948), Résolution 7, CR 70).
température T kelvin K Le kelvin, unité de température thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première dans l'histoire....), est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point (Graphie) triple de l'eau (13e CGPM (1967), Résolution 4, CR 104)
Cette définition fait du kelvin une mesure de température égale en variation à celle du degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) Celsius, mais basée sur le Zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une...) absolu.
quantité de matière (La quantité de matière est une grandeur de comptage d'entités chimiques ou physiques élémentaires. L'unité qui lui correspond est la mole.) n mole mol La mole est la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de...) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...) d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) 12 (14e CGPM (1971), Résolution 3, CR 78).
Ce nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) est appelé nombre d'Avogadro. Lorsque l'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, des molécules, des ions, des électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules.
intensité lumineuse IV candela (La candela est l'unité de mesure du système international de l'intensité lumineuse, c'est-à-dire de l'éclat perçu par l'œil humain d'une source...) cd La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.), d'une source qui émet un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) monochromatique (On qualifie de monochromatique (du grec mono-, un seul et chromos, couleur) une lumière dont la couleur n'est formée que d'une fréquence ou, par...) de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot...) 540.1012 hertz (Le hertz (symbole : Hz) est l’unité dérivée de fréquence du système international (SI). Elle est...) et dont l'intensité énergétique (L’intensité énergétique est une mesure de l'efficacité énergétique d'une économie. Elle est calculée comme le rapport de la consommation d'énergie et de...) dans cette direction est de 1/683 watt (Le watt (symbole W) est une unité dérivée du système international pour la puissance. Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel une...) par stéradian (16e CGPM (1979) Résolution 3, CR 100).
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