Transcript S1 1. METROLOGIE - Espace d`authentification univ

ENSEIGNEMENT DE PHYSIQUE
Enseignant : Gildas MERRIEN
[email protected]
Bureau 207
Enseignement de physique :
Au semestre 1 : unité d’enseignement 1.1 (U.E.1.1)
M.1.1.2 : physique
12 h cours
12 h travaux dirigés
12 h travaux pratiques
Au semestre 2 : unité d’enseignement 1.2 (U.E2.1)
M.2.12. : physique appliquée
12 h cours
12 h travaux dirigés
12 h travaux pratiques
Thèmes :
Optique, thermodynamique, électricité
Pour récupérer les documents de cours sur internet :
http://pagesperso.univ-brest.fr/~gmerrien
INTRODUCTION : UNITÉS ET GRANDEURS
En sciences expérimentales, rôle crucial de
la mesure.
En sciences expérimentales, rôle crucial de
la mesure.
On mesure une grandeur X
X = 121, 334
X = 121, 334
N’A DE SENS QUE SI L’ON AFFECTE
UNE UNITÉ AU RÉSULTAT
• Communication entre scientifiques.
• Sécurité du citoyen.
• Production industrielle.
• Commerce.
1. Historique : la longue marche vers un
système cohérent d’unités.
Vers 3400 – 3100 avant J.C. : émergence de l’état sumérien.
Vers 3150 avant J.C. : émergence de l’état égyptien.
Invention de l’écriture et nécessité d’unités :
- Surfaces agricoles
- Calendrier et temps
- Masses et volumes
Scribe sumérien
Scribe égyptien
Unités d ’abord basées sur l’homme :
• Distance en jours de marche
• Surface en journée de labour
À mesure que la société se complexifie,
nécessité de standardisation.
• Le gur, unité de volume fixée par le roi Narâm Sin (-2254 ; -2218) pour unifier son
royaume.
• Le deben, unité de masse des égyptiens, utilisée pour rémunérer les ouvriers en
grain.
Jusqu’au XVIIIè siècle, les unités sont liées à
l’autorité politique.
En 1795 en France : 700 unités.
En 1795 en France : 700 unités.
Par exemple pour la distance :
Le doigt, la palme, le pied, la coudée, le
pas, la brasse, la toise…
En 1795 en France : 700 unités.
Par exemple pour la distance :
Le doigt, la palme, le pied, la coudée, le
pas, la brasse, la toise…
Leur valeur peut varier selon la province,
la ville, la décision du seigneur, l’objet
mesuré (surface des planchers en pieds
carrés, des tapis en aunes carrées).
Obstacle majeur à la communication !
XVIIIè siècle : philosophie des Lumières.
Idée de Condorcet : établir l’invariabilité des mesures en les
rapportant à des étalons basés sur des phénomène physiques.
XVIIIè siècle : philosophie des Lumières.
Idée de Condorcet : établir l’invariabilité des mesures en les
rapportant à des étalons basés sur des phénomène physiques.
Ainsi, chaque nation pourrait l’adopter, le système étant basé
sur des phénomènes universels.
XVIIIè siècle : philosophie des Lumières.
Idée de Condorcet : établir l’invariabilité des mesures en les
rapportant à des étalons basés sur des phénomène physiques.
Ainsi, chaque nation pourrait l’adopter, le système étant basé
sur des phénomènes universels.
Marie Jean Antoine Nicolas de Caritat, marquis de Condorcet (1743-1794), mathématicien et philosophe.
14 juillet 1789 : Révolution française et
climat de réforme générale en France.
8 mai 1790 : l’assemblée Nationale, sur proposition de Talleyrand,
adopte le principe d’un système d’unités universel.
Charles-Maurice de Talleyrand-Périgord (1754-1838), ecclésiastique, homme d’état et diplomate.
16 février 1791 : définition du mètre : la
dix millionième partie du quart du
méridien terrestre.
Borda (1733-1799)
Laplace (1749-1827)
Lagrange (1749-1827)
Monge (1746-1818)
La commission du mètre
Définir le mètre = définir les unités
dérivées.
Surface, volume…
Un étalon choisi : il faut le mesurer
Il a fallu mesurer le méridien terrestre.
Un étalon choisi : il faut le mesurer
Il a fallu mesurer le méridien terrestre.
18 germinal an III (7 avril 1795) : la Convention vote
le système métrique décimal.
1799 : premier étalon du mètre et du kilogramme.
Étalon actuel du kilogramme
Le système métrique, du fait de son
universalité et de la révolution
industrielle se diffuse hors de France.
Dans les années 1860, de très nombreux
pays ont déjà adopté le système.
Dans les années 1860, de très nombreux
pays ont déjà adopté le système.
Problème pratique : ils dépendent de la
France où sont les étalons.
1875 : conférence internationale
• Création du Bureau International des
Poids et Mesures.
• Signature de la convention du mètre
Les états fondateurs de la Convention
Rôle initial du B.I.P.M. : réaliser des
étalons de longueur et de masse.
LE B.IP.M. effectue cependant des
travaux sur la fiabilité des mesures et
les constantes physiques.
LE B.IP.M. effectue cependant des
travaux sur la fiabilité des mesures et
les constantes physiques.
Ils aboutissent au Système
International d’unités (S.I.)en 1960.
LE B.IP.M. effectue cependant des travaux
sur la fiabilité des mesures et les constantes
physiques.
Ces travaux conduisent à proposer de
nouvelles définitions des unités, et à
proposer de nouvelles unités de référence
(émergence de l’électromagnétisme).
On aboutit ainsi au Système
International d’unités (S.I.)en 1960.
2. Dimension d’une grandeur.
Toute grandeur peut s’exprimer en
fonction des sept grandeurs de
base du système international
Grandeur
Symbole
Longueur
L
Masse
M
Temps
T
Courant électrique
I
Température
Θ
Quantité de matière
N
Intensité lumineuse
J
Toutes les autres unités sont des unités
dérivées de ces sept unités.
Toutes les autres unités sont des unités
dérivées de ces sept unités.
Le volume est une unité dérivée de la
longueur.
Toutes les autres unités sont des unités
dérivées de ces sept unités.
Le volume est une unité dérivée de la
longueur.
La vitesse est une unité dérivée de la
longueur et du temps.
Toute grandeur X peut donc s’exprimer
selon :
[X] =MaLbTcIdΘeNfJg
Exemples
3. Les unités de base du système international.
7 grandeurs de base = 7 unités de base
Grandeur
Masse
Longueur
Temps
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Unité
Abréviation
Grandeur
Unité
Masse
Kilogramme
Longueur
Temps
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Abréviation
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Temps
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
Temps
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
K
Quantité de matière
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
K
Quantité de matière
Mole
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
K
Quantité de matière
Mole
mol
Intensité lumineuse
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
K
Quantité de matière
Mole
mol
Intensité lumineuse
Candela
Grandeur
Unité
Abréviation
Masse
Kilogramme
kg
Longueur
Mètre
m
Temps
Seconde
s
Intensité du courant
Ampère
A
Température
Kelvin
K
Quantité de matière
Mole
mol
Intensité lumineuse
Candela
Cd
Ces unités sont définies à partir de
mesures de phénomènes physiques
UNITÉ
DÉFINITION
Mètre (m)
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458
de seconde.
Kilogramme (kg)
Le kilogramme est l'unité de masse ; il est égal à la masse du prototype international du kilogramme.
Seconde (s)
La seconde est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les
deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.
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 1 mètre l'un de l'autre dans
le vide, produirait entre ces conducteurs une force égale à 2 × 10–7 newton par mètre de longueur.
Kelvin (K)
Le kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la température
thermodynamique du point triple de l'eau.
Mole (mol)
1. La mole est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a
d'atomes dans 0,012 kilogramme de carbone 12.
2. Lorsqu'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.
Candela (Cd)
La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement
monochromatique de fréquence 540 x 1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est
1/683 watt par stéradian.
Système décimal pour les multiples et
sous multiples.
Système décimal pour les multiples et
sous multiples.
Yotta (Y) :1024
Zetta (Z): 1021
Exa (E) : 1018
Péta (P) : 1015
Téra (T) : 1012
Giga (G) : 109
Méga (M) : 106
Kilo (k) : 103
Hecto (h) : 102
Déca (d) : 10
Yocto (y) : 10-24
Zepto (z) : 10-21
Atto (a) : 10-18
Femto (f) : 10-15
Pico (p) : 10-12
Nano (n) : 10-9
Micro (µ) : 10-6
Milli (m) : 10-3
Centi (c ) : 10-2
Déci (d) : 10-1
• Toutes les unités du S.I. sont des unités dérivées
de ces sept unités : vitesse en m.s-1,
concentration en mol.m-3…
• De nombreuses unités dérivées ont des noms
d’usage : le joule pour l’énergie (kg.m².s-2), le
hertz pour la fréquence (s-1)…
Remarque : le litre (L) ne fait pas partie du S.I.
Remarque : le litre (L) ne fait pas partie du S.I.
Mais fait partie des unités tolérés avec le S.I.
comme l’heure, le degré d’angle, la tonne …
Écriture des symboles d’unité :
• En caractères droits : m et non m.
• En minuscules, sauf si l’unité provient
d’un nom propre auquel cas la première
lettre est une majuscule.
Seconde (s), joule (J), kilomètre (km),
pascal (P).
Liste des unités recommandées : norme ISO 80000,
grandeurs et unités.
• Le choix des unités est crucial.
• Pour que ses résultats soient reconnus, un
laboratoire doit être accrédité (en France par la
COFRAC)
4. Écriture d’un résultat numérique
À une valeur numérique donnée est associée un
certain nombre de chiffres significatifs.
Il est conseillé d’utiliser la notation scientifique.
Pour les calculs :
Principe :
Le résultat ne peut être plus précis que
les données.
Notion d’incertitude :
• Incertitude absolue.
• Incertitude relative.
• Incertitude absolue.
A = a + Da
• Incertitude relative.
• Incertitude absolue.
A = a + Da
• Incertitude relative.
Da/a
Dans la plupart des cas, lors d’un calcul les
incertitudes relatives s’ajoutent.
5. Tracé de courbes.
UN TITRE
LÉGENDE
LÉGENDE
ÉCHELLE
+
UNITÉ
ÉCHELLE
+
UNITÉ