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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 (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.

Sommaire

Liste de constantes physiquesModifier

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 universellesModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur numérique Incertitude
relative
Célérité de la lumière dans le vide c
(ou c0)
 [2] 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   8,854 187 817… × 10−12 A2 s4 kg−1 m−3 (ou F⋅m-1) Par définition
Impédance caractéristique du vide Z0   376,730 313 461… kg m2 A−2 s−3 Par définition
Constante de Planck 6,626 070 040 × 10−34 kg m2 s−1 (ou J⋅s) 1,2 × 10−8
Constante de Planck réduite   1,054 571 800 × 10−34 kg m2 s−1 1,2 × 10−8

ÉlectromagnétismeModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur
numérique
Incertitude relative
Charge élémentaire e   1,602 176 620 8(98) × 10−19 A s 6,1 × 10−9
Constante de Coulomb κ   8,987 551 787 368 176 4 × 109 kg m3 A−2 s−4 Par définition

GravitationModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur
numérique
Incertitude relative
Constante
gravitationnelle
G Mesure 6,674 08(31) × 10−11 m3 kg−1 s−2 4,7 × 10−5
Accélération normale
de la pesanteur terrestre
au niveau de la mer
g0 Convention 9,806 65 m s−2 Par définition

Constantes physico-chimiquesModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur
numérique
Incertitude relative
Température du point triple de l'eau T0 Convention 273,16 K Par définition
Pression standard de l'atmosphère atm Convention 101 325 Pa Par définition
Nombre d'Avogadro NA ou L Mesure 6,022 140 857(74) × 1023 mol−1 1,2 × 10−8
Constante des gaz parfaits R ou R0 Mesure 8,314 459 8(48) J K−1 mol−1 5,7 × 10−7
Constante de Boltzmann k ou kB   1,380 648 52(79) × 10−23 J K−1 5,7 × 10−7
Constante de Faraday F   96 485,332 89(59) C mol−1 6,2 × 10−9
Volume molaire d'un gaz parfait,
p = 101,325 kPa, T = 273,15 K
V0   22,413 962(13) × 10−3 m3 mol−1 5,7 × 10−7
Unité de masse atomique uma 1,660 539 040(20) × 10−27 kg 1,2 × 10−8
Première constante de rayonnement   3,741 771 790(46) × 10−16 W m2 1,2 × 10−8
pour la radiance spectrale   1,191 042 953(15) × 10−16 W m2 sr−1 1,2 × 10−8
Deuxième constante de rayonnement   1,438 777 36(83) × 10−2 m K 5,7 × 10−7
Constante de Stefan-Boltzmann σ   5,670 367(13) × 10−8 W m−2 K−4 2,3 × 10−6
Constante de Wien   ou σw  4,965114 00002,897 772 9(17) × 10−3 K 5,7 × 10−7
Constante de Loschmidt NL   2,686 781 1(15) × 1025 m−3 5,7 × 10−7

Constantes atomiques et nucléairesModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur
numérique
Incertitude relative
Constante de structure fine α   7,297 352 566 4(17) × 10−3 2,3 × 10−10
Constante de Rydberg R   1,097 373 156 850 8(65) × 107 m−1 5,9 × 10−12
Énergie de Hartree EH   4,359 744 650(54) × 10−18 J 1,2 × 10−8
Quantum de conductance G0   7,748 091 731 0(18) × 10−5 S 2,3 × 10−10
Quantum de flux magnétique Φ0   2,067 833 831(13) × 10−15 Wb 6,1 × 10−9
Quantum de circulation   3,636 947 548 6(17) × 10−4 m2 s−1 4,5 × 10−10
Rayon de Bohr a0   5,291 772 106 7(12) × 10−11 m 2,3 × 10−10
Longueur d'onde de Compton
pour l'électron
λC   2,4263 × 10−12 m
Rayon de Compton
pour l'électron
RC   3,861 159 × 10−13 m
Rayon classique
de l'électron
re   2,817 940 325(28) × 10−15 m
Magnéton de Bohr μB   9,274 009 994(57) × 10−24 A m2 6,2 × 10−9
Magnéton nucléaire μN   5,050 783 699(31) × 10−27 A m2 6,2 × 10−9
Masse du proton mp Mesure 1,672 621 898(21) × 10−27 kg 1,2 × 10−8
Énergie du proton mp Calcul[3] 938,272 081 3(58) MeV 6,2 × 10−9
Masse du neutron mn Mesure 1,674 927 471(21) × 10−27 kg 1,2 × 10−8
Énergie du neutron mp Calcul[4] 939,565 413 3(58) MeV 6,2 × 10−9
Masse de l'électron me Mesure 9,109 383 56(11) × 10−31 kg 1,2 × 10−8
Masse du muon mμ Mesure 1,883 531 594(48) × 10−28 kg 2,5 × 10−8
Masse du tauon mτ Mesure 3,167 47(29) × 10−27 kg 9 × 10−5
Masse du boson m 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 PlanckModifier

Nom
de la constante
Symbole Origine Valeur
numérique
Incertitude relative
Constante de Planck 6,626 070 040(81) × 10−34 kg m2 s−1 (ou J⋅s) 1,7 × 10−7
Constante de Planck réduite   1,054 571 800(13) × 10−34 kg m2 s−1 1,7 × 10−7
Masse de Planck mP   2,176 470(51) × 10−8 kg 7,4 × 10−5
Longueur de Planck lP   1,616 229(38) × 10−35 m 7,4 × 10−5
Temps de Planck tP   5,391 16(13) × 10−44 s 7,4 × 10−5
Température de Planck TP   1,416 808(33) × 1032 K 7,8 × 10−5
Charge de Planck QP   1,875 × 10−18 C
Force de Planck FP   1,210 × 1044 N
Énergie de Planck EP   1,956 × 109 J
Puissance de Planck PP   3,629 × 1052 W

Valeurs exactesModifier

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 ≡ 2,581 280 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 constantesModifier

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 référencesModifier

  1. « Constantes physiques fondamentales : charge élémentaire de l'électron », sur CODATA (consulté le 20 janvier 2018)
  2. Harris Benson, Physique 2. Electricité et magnétisme, de Boeck, , 534 p. (ISBN 9782804107611), 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 aussiModifier

Articles connexesModifier

BibliographieModifier

Liens externesModifier