CM Chapitre2 Unitee SI
Télécharger le CM Chapitre2 Unitee SI en pdf
Pages : 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Page 1 : Panorama sur la physiquePRE-ING1 2020/20211Informations supplémentaires sur le Système International d’unitésPrésentation rédigée par : Lucie Desplat: ld@eisti.eu, salle E207
Page 2 : Histoire et évolution du système international d’unités2Fin 18ème siècle Révolution française, un système métrique décimal voit le jour avec comme premières grandeurs de base et unités : • la longueur le mètre, • la masse le kilogramme,• le temps la seconde. • la longueur en mètre • La masse en kilogrammehttps://www.ladepeche.fr/article/2012/03/21/1311673-regime-draconien-pour-trois-elephants-d-un-cirque-suisse-en-surpoids.html• Le temps en secondehttps://www.cerveauetpsycho.fr/sd/neurosciences/les-neurones-du-temps-qui-passe-15194.phpInformations supplémentaires sur le Système international d’unités
Page 3 : 3Le système métrique décimal doit être complété pour plusieurs raisons:•nouvelles instrumentations, •nouvelles machines créées pour pallier les besoins relatifs aux évolutions industrielles. •Le développement de l’industrie électrique, •l’apparition de l’éclairage, •le développement des machines à vapeur, et d’autres nécessités métrologiques. En 1948 une enquête est demandée par la CGPM sur trois domaines d’activité photométrie, électricité et température. Il en résulte que :• L’ampère est ajouté en 1948. La candela et le kelvin sont introduits en 1954 10ème CGPM. • En 1960 11ème CGPM, le système de mesure est renommé : le Système international d’unités SI. Introduction d’une septième unité, la mole 14ème CGPM en 1971, chimie. Histoire et évolution du système international d’unitésInformations supplémentaires sur le Système international d’unitésConférence Générale des Poids et Mesures
Page 4 : 4Histoire et évolution du système international d’unitésÀ ce jour, le système international d’unités, le SI, est donc constitué de sept unités de base adoptées au niveau international par la CGPM : •le mètre m, •le kilogramme kg, •la seconde s, •l’ampère A, •le kelvin K, •la candela cd •et la mole mol. Utilisées par tous au quotidien, elles sont essentielles dans la science, dans l’industrie et la vie courante. Informations supplémentaires sur le Système international d’unités
Page 5 : 5Informations supplémentaires sur le Système international d’unités• En physique, mesurer revient à déterminer le rapport entre deux quantités de même nature dont l’une – supposée constante – fait office d’étalon ou d’unité. • Premiers étalons pratiques basés sur le corps humain :mesurer en pieds, en pouces ou en coudées, la distance entre deux objets. • Problème : si tout le monde a un pied, tout le monde n’a pas la même pointure… → Etalons anthropomorphiques• Avec l’essor des sciences et des échanges internationaux: besoin d’unités plus précises et plus universelles.• Pour rendre fiables et comparables les mesures et faciliter les échanges , il faut assurer un minimum de constance…Le système métrique doit reposer sur des constantes physiques d’où la nécessité d’une redéfinition de 4 unités de mesure sur les 7 du SI.
Page 6 : 6« Un système d’unités est une construction humaine et les définitions du Système international se sont donc à l’origine appuyées sur la physique classique. Les changements successifs de définition ont découlé de la volonté d’utiliser des mesures plus stables et plus fondamentales, accompagnant ainsi les progrès de la physique »Jean-Philippe Uzan, physicien à l’Institut d’astrophysique de ParisSphère de SiliciumInformations supplémentaires sur le Système international d’unités
Page 7 : 7Informations supplémentaires sur le Système international d’unitéshttps://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/
Page 8 : 8Sur les 7 unités du SI, unités ont ainsi fait l’objet d’une redéfinition en 2018 26ème CGPM : Informations supplémentaires sur le Système international d’unitésDéfinition du kelvin par rapport à la constante de Boltzmann: Expérience : Résonateur acoustique1Définition de l’ampèrepar rapport à la charge élémentaire: Expérience : réseau de Hall pour générateur quantique2Définition de la molepar rapport à la constante d’Avogadro: Expérience: Sphère de silicium34Vous trouverez des informations concernant les expériences permettant la mesure des constantes en regardant les liens fournis en fin de présentation.Avec R=8.31 USI. C’est la constante des gaz parfaits.
Page 9 : 9Étalon national du kilogramme conservé au LNEDepuis 1889: l'unité de masse était définie par un cylindre de platine iridié conservé au Bureau international des poids et mesures BIPM, à Sèvres. L’IPK International Protype of Kilogram est gardé en sécurité, dans un caveau, sous trois cloches de verre : sa masse est par définition exactement égale à 1 kg.Redéfinition du kilogramme novembre 2018Le kilogramme, kg, est l’unité de masse. Sa valeur est définie en fixant la valeur de la constant de Planck, h, qui vaut exactement : Redéfinition du kilogramme novembre 2018Informations supplémentaires sur le Système international d’unitésDéfinition du kilogramme 4
Page 10 : 10Définition du kilogramme Depuis 1889: l'unité de masse était définie par un cylindre de platine iridié conservé au Bureau international des poids et mesures BIPM, à Sèvres. L’IPK International Protype of Kilogram est gardé en sécurité, dans un caveau, sous trois cloches de verre : sa masse est par définition exactement égale à 1 kg.Redéfinition du kilogramme novembre 2018Le kilogramme, kg, est l’unité de masse. Sa valeur est définie en fixant la valeur de la constant de Planck, h, qui vaut exactement : Redéfinition du kilogramme novembre 2018Pour définir l’unité de masse, il faut définir très précisément la constante de Planck…par l’expérience de la balance de Watt…Étalon national du kilogramme conservé au LNEInformations supplémentaires sur le Système international d’unités
Page 11 : 11Expérience de la balance du watt ou balance de KibblePour mesurer la constante de Planck, les chercheurs ont utilisé une balance de Kibble qui compare des puissances électrique et mécanique. Son principe : une balance dont l’un des bras supporte une masse et l’autre est relié à une bobine placée dans un champ magnétique. Par une mesure en deux temps, il est possible de relier cette masse en kg, à une tension aux bornes de la bobine et un courant y circulant.Le lien avec la constante de Planck se fait via des phénomènes quantiques effets Josephson et Hall quantique impliquant cette tension et ce courant.Balance de Kibble du National Institute of Standards and Technology. Photo by Richard Steiner Original téléversé par Greg L sur Wikipédia anglais.Informations supplémentaires sur le Système international d’unitésDéfinition du kilogramme
Page 12 : 12Les technologies étant sans cesse en évolution, la précision au niveau de la mesure s’améliore au fil des années. Cela devrait aboutir, dans les prochaines années, à une nouvelle définition de la seconde et de la candela. Pour redéfinir la seconde, une des pistes étudiées : utilisation de l’horloge optique.Informations supplémentaires sur le Système international d’unitésEt ce n’est pas fini…
Page 13 : Références• Laboratoire national de métrologie et d’essais LNE, https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/• https://www.bipm.org/utils/fr/pdf/24CGPMResolution1.pdf• https://www.bipm.org/utils/en/pdf/si-revised-brochure/Draft-SI-Brochure-2018.pdf• https://www.bipm.org/fr/measurement-units/• https://lejournal.cnrs.fr/articles/ces-constantes-qui-donnent-la-mesure13
