IV. Constantes fondamentales de la physique

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Constantes gravitationnelles, électromagnétiques, thermodynamiques, moléculaires, atomiques, quantiques.

1. Introduction

Cet article donne les valeurs des principales constantes de la physique.

Une liste plus exhaustive des mesures du comité de données pour la science et la technologie (Codata) : http://physics.nist.gov/constants
Tableau récapitulatif : http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt

2. Constantes gravitationnelles

Constante de gravitation : \[G=6,672~598\times 10^{-11}~N~m^2~kg^{-2}\]

Accélération de la pesanteur :

Valeur normale, établie à l’altitude 0 sur un ellipsoïde idéal approchant la surface terrestre pour une latitude de 45 ° : \[g=9,806~65~m~s^{-2}\]

Valeur approchée de la valeur normale de l’accélération de la pesanteur en fonction de la latitude et pour une altitude faible devant le rayon terrestre : \[g=9,780~327~\big\{1+5,3024\times 10^{-3}\sin^2(L)-5,8\times 10^{-6}\sin^2(2L)-3,086\times 10^{-7}\times h \big\}\]

  • \(L\) : latitude exprimée en radians

  • \(h\) : altitude en mètres (supposée très petite par rapport au rayon terrestre)

3. Constantes électromagnétiques

Célérité de la lumière dans le vide : \[c=2,997~924~58\times 10^8~m~s^{-1}\]

  • Valeur exacte, conséquence de la définition du mètre.

Un moyen mnémotechnique pour retenir cette valeur : La constante lumineuse restera désormais là dans votre cervelle.

Perméabilité du vide : \[\mu_0=4\pi\times 10^{-7}~H~m^{-1}\]

  • Valeur exacte, conséquence de la définition de l’ampère.

Permittivité du vide : \[\varepsilon_0=\frac{1}{\mu_0~c^2}=8,854~187~817\times 10^{-12}~F~m^{-1}\]

  • Valeur exacte, conséquence de la définition du mètre et de l’ampère.

4. Constantes thermodynamiques

Température du point triple de l’eau \[T_{tpw}=273,16~K\]

  • Valeur exacte, conséquence de la définition du kelvin.

Température du point de congélation de l’eau \[T_0=273,15~K\]

En conséquence, la conversion en dégrés Celcius d’une température exprimée en kelvin : \[t/^oC = T/K-273,15\]

Constante de Boltzmann : \[k=1,380~6488~(13)\times 10^{-23}~J~K^{-1}\]

5. Constantes moléculaires

Constante ou nombre d’Avogadro : \[N_A=6,022~141~29(27)\times 10^{23}~mol^{-1}\]

Unité de masse atomique : \[m_u=\frac{1}{10^3~N_A}=1,660~538~921~(73)\times 10^{-27}~kg\]

Volume molaire (conditions normales) : \[P=1~bar~~;~~\theta=20~^oC~~\Rightarrow~~V_m=25,0~L~mol^{-1}\]

Volume molaire (conditions usuelles) : \[P=1,013~bar~~;~~\theta=0,0~^oC~~\Rightarrow~~V_m=22,4~L~mol^{-1}\]

Constante des gaz parfaits : \[R=8,314~4621~(75)~J~K^{-1}~mol^{-1}\]

6. Constantes atomiques

Charge de l’électron : \[e=1,602~176~53~(14)\times 10^{-19}~C\]

Masse de l’électron : \[m_e=9,109~382~91~(40)\times 10^{-31}~kg\]

Masse du proton : \[m_p=1,672~621~777~(74)\times 10^{-27}~kg\]

Masse du neutron : \[m_n=1,674~927~351~(74)\times 10^{-27}~kg\]

D’où le rapport masse proton-neutron / masse électron : \[\frac{m_p}{m_e}\approx \frac{m_n}{m_e}\approx 1837,4~(13)\]

Énergie propre de l’électron : \[m_e~c^2=8,187~105~06~(36)\times 10^{-14}~J=510~998,928~(11)~eV\]

7. Constantes quantiques

Constante de Planck : \[h=6,626~0693~(11)\times 10^{-34}~J~s\]

Constante de Planck réduite : \[\hbar=\frac{h}{2\pi}=1,054~571~68~(18)\times 10^{-34}~J~s\]

Constante infinie de Rydberg : \[R_\infty=\frac{m_e~e^4}{8~\epsilon_0^2~h^3~c}=1,097~373~156~8539~(55)~m^{-1}\]

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