HAL Id: jpa-00237934
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Submitted on 1 Jan 1882
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Unités adoptées pour les mesures absolues par le congres international des électriciens;
H. Pellat
To cite this version:
H. Pellat. Unités adoptées pour les mesures absolues par le congres international des électriciens;. J.
Phys. Theor. Appl., 1882, 1 (1), pp.255-267. �10.1051/jphystap:018820010025501�. �jpa-00237934�
255
Le 17 septembre 1844,
une Commission du Bureau desLongitudes
le
retoucha,
et l’amena àl’égalité
presqueparfaite
avec l’étalondes Archives.
4° L’Observatoire
possède
encoreaujourd’hui
presque tous les instrumentsdéposés
en l’anXII,
et, enparticulier,
lagrande règle
de
Lenoir, qui
a servi àLavoisier,
Borda et aux Commissaires de l’an VII pour lescomparaisons
des toises auxrègles géodésiques
etpour
l’étalonnage
des mètres.Malgré
les modificationsqu’elle
asubies et
l’adjonctiom
deplusieurs
comparateursd’époques
trèsdifférentes, j’ai
reconnu sur cetterègle
l’existence de caractèresqui
permettent d’affirmer l’authenticité d’une despièces
lesplus
intéressantes pour l’histoire du
système métrique.
Elle a seulementperdu
son curseur.Les
grandes règles géodésiques
n’ont plus
leur niveau. Uneperte
plus déplorable
est celle de larègle bimétallique
dupendule
deBorda et
Cassini ;
elle futcoupée
endeux,
en1806,
par ordre duBureau des
Longitudes,
pour servir à faire unerègle plus
courte,que Biot et
Arago
devaientemployer
enEspagne.
Cetterègle
neparait
pas avoirservi,
et les morceaux de lapremière
ontdisparu.
Tous les
appareils
relatifs ausystème métrique
et les étalons depoids
et mesures vont êtreréunis,
àl’Observauoire,
dans un muséespécial,
pour être conservés à l’abri de toute mutilation nouvelleet
protégés
contre la perte des traditionshistoriques.
UNITÉS ADOPTÉES POUR LES MESURES ABSOLUES PAR LE CONGRES INTERNATIONAL DES
ÉLECTRICIENS;
PAR M. H. PELLAT.
Les diverses
grande urs mécaniques
etphysiques
peuvent êtreévaluées à l’aide de trois unités fondamentales convenablement choisies. En nature, les unités fondamentales
adoptées
par la Cons- missionchargée
de cettequestion
par leCongrès
international desÉlectriciens (1881)
ont été : une unité delongueur,
une unité detemps
et une unité de masse. Voici la définition de ces unitésfondamentales,
des unitésmécaniques
etphysiques dérivées,
ainsiArticle published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphystap:018820010025501
256
que des unités
secondaires, plus
commodes dans lapratique, qui
ont été
adoptées
par leCongrès ( ).
UNITÉS FONDAMENTALES.
10 UNITÉ DE LONGUEUR. - Le
centimètre,
défini comme la cen-tième
partie
de lalongueur
à o° de larègle
deplatine
conservéeaux Archives et
représentant
le mètre-étalon : dimension L (2 ).Ces unités ne sont autr es que celles adoptées auparavant par l’Association Britannique et connues sous le nom d’unités C.G.,S. (centimètre, gramme, seconde).
Le Congrès a seulement changé la désignation des unités secondaires de courant et de quantité d’électricité qui avaient le même nom : weber; la première a reçu le nom d’ampère, la seconde de coulomb. Le nom de fczrczd, employé quelquefois
pour désigner une quantité d’électricité, a été réservé pour l’unité secondaire de
capacité. (Voir, à ce sujet, Journal de Physique, t. III, p. 61 ; 1874.)
(q) Les dimensions d’une grandeur sont données par la relation qui existe entre
cette grandeur et les grandeurs fondamentales (longueur, masse, temps); c’est ainsi que les dimensions d’une vitesse sont représentées par le rapport d’une lon- gueur à un temps, V =
L T
Cette relation per met de trouver immédiatement la valeur dans un système de mesures absolues de l’unité d’une grandeur d’un autre système absolu et, par là, d’avoir la valeur numérique du coefficient par lequel ilfaut multiplier un nombre donnant la mesure de cette grandeur, dans le second système, pour avoir sa mesure dans le premier. Il suffit pour cela d’évaluer dans le premier système les unités fondamentales du second et de porter ces nombres dans la rclation exprimant les dimensions de la grandeur. Ainsi le système de
mesure absolue imaginé par Gauss a pour base le millimètre, la masse du mil- ligramme et la seconde. Si l’on veut convertir les mesures données dans le sys- tème Gauss en mesure C.G.S., il faut faire dans les relations donnant ces dimen- sions des grandeurs
Par exemple, l’unité de travail du système Gauss vaut, d’après la relation
W=ML2 T2
0,001 X 0,1-2 1
= 0,0001 unités C . G . S .
L’unité de champ magnétique du système Gauss vaut, d’après H =
M1 2 TL1 2
257
2° UNITÉ DE MASSE. - La masse du gi,an?n2e défini comme la millième
partie
du bloc deplatine
conservé aux Archives etrepré-
sentant le
kilogramme-étalon.
Gomme celui-ci ne vaut la massed’un décimètre cube d’eau pure
à 4- qu’avec
une erreur en moinsqui
estenvirons 13 1000000,
l’unité de masseadoptée
diffèrede 13 1000000
de la masse d’un centimètre cube d’eau pure à 4°
(1)
dimension M.
30 UNITÉ DE TE-Mrs. - La seconde définie à la manière ordi- naire
(1 24 X 60-2 du jour solaire moyen
dimension T.
Comme on le
voit,
ces trois unités fondamentales sont arbi- traires et tout à faitindépendantes
les unes des autres.UNITÉS MÉCANIQUES.
10 UNITÉ DE VITESSE. - La vitesse d’un rt2obzle
qui franchit
l’zcnité de
lonyzcezcr
dans l’unité de tel1lps:2° UNITÉ D’ACCÉLÉRATION. - L’accélération cl’lln mobile doiîl la vitesse s’accroît d’une unité clans l’unité cle temps :
(’ ) Il résulte de là que, si D est la densité mécanique (masse de l’unité de vo-
lume) d’un corps et m son poids spécifique (rapport entre le poids du corps et le
poids d’un égal volume d’eau pure à 4°), on a la relation D = w (1 + E ),
E étant l’erreur relative commise dans la détermination du kilogramme-étalon, d’après la définition donnée par la Convention. Comme E est environ égal a
+ 0,000013, on voit que D ne diffère de UJ qu’au plus par l’unité du cinquième chiffre significatif; or les mesures de poids spécifique ne comportent que bien
rarement une exactitude de cinq chiffres significatifs; pratiquement on a donc
encore D --- rr.
258
L’inuensité de la
pesanteur
à Paris a pour valeur absolue980,896
(dont
lelog
est2,991629).
_3° UNITÉ DE FORCE. - La
force qui communique
à l’unité demasse l’unité d’accélération. Cette unité a reçu le nom de
d)’ne:
Le
poids
d’un grammecommuniquant
à sa masse une accéléra- tion deg8o,8g6 unités,
vaut980,896 dynes.
La
dyne
est donc une force voisine dupoids
d’mnmilligramme.
Un
milligramme
vauto,g80896 dyne.
Un gramme vaut
0,980896 kilo dyne.
Un
kilogramme
vauto,g8o8g6 mégadyne (1).
4° UNIl É
DE TBAVÀIL OU D’ÉNERGIE. - Le travailaccolnpli par
r’unité de
force déplaçant
sonpoint d’application
de l’unitéde
longueur
suivant sa propre direction.Cette unité de travail a reçu le nom
d’erg:
L’erg
a une bienpetite
valeur : unkilogramètre
vauto, 98o896 x 106 X 102 == 0,980896 x i o8 ergs, soit
98,o896 nié-ergs.
La chaleur étant une des formes de
l’énergie,
unequanlité
dechaleur peut être évaluée en ergs. En admettant
qu’une petite
ca-lorie
(chaleur
nécessaire pour élever de 00 à 10 C. un grammed’eau
donne0,428 kilogrammètres;
on voitqu’une petite
caloriereprésen tc 0,428
x0,980896
x108= 4,2
X 107 ergs( don t
lelog est 7,6231 )
ou42 méger-s.
5° UNITÉ DE PUISSANCE. - Let
puissance
d’lin moteurqui
donne l’unité de travail dans l’unité de ten11Js:
(1) On emploie devant les noms des unités principales ou secondaires les pré-
fixes déca, hecto) kilo, lnéga pour désigner des unités dix, cent, mille, un million de fois plus grandes; et l’on crnploie aussi les préfixes déci, centi, milli, micro
pour désigner des unités dix, cent, mille, un million de fois plus petites.
259 Cette unité est d’une
petitesse
extrême : une mouche est unmoteur d’une
puissance
deplusieurs
unités. Lecheval-vapeur
vaut
75
X0,980896
xi o8 7,3579-
X 109 unités( dont
lelog
est9,86671).
UNITÉS ÉLECTRIQUES E’r 1BfAGNÉTIQUES.
La Commission a
adopté
lesystème électromagnétique.
Le
système électhostatidme, peut-être
moinsartificiel, exige
desmesures trop délicates pour établir les
étalons,
et ceuxqui
inté-ressent le
plus
dans cesapplications (étalon
der ésis tance,
de forceélectromotrice)
auraient été obtenus par une voie trop détournée.UNITÉS ÉLECTROMAGNÉTIQUES.
1 ° UNITÉ DE MAGNÉTISME. - La
quantité
demagnetisme qui agit
sur uneég’ale quantité placée
et l’unité de distance avec /’ unité deforce. D’où,
en vertu de la loi deCoulomb, Q
etQ’
dé-signant
deuxquantités
demagnétisme
et par
conséquent
pour la dimensionde Q
2° UNITÉ DE CH A.:B1P MAGNÉTIQUE. - Le
champ magnétique
daiis
lequel
l’unité demagnétisme
est soutnise à l’unité de,force.
Si fIreprésente
l’intensité d’unchamp magnétique,
siQ représente
unequantité
de111agnétis111e,
on a pour la force Fqui agit
sur elled"où
On a donné le nom de gauss
(1)
à l’unité dechamp magnéuique.
(1) Cette dénomination ne figure pas dans les résolutions adoptées par le Con-
grès des Électricien.
260
En octobre
1875
lechamp magnétique
terrestre total valait à l’Observatoire de Pans0gauss,468
et sacomposante
horizontale0gauss,194.
UNITÉ DE MOMENT MAGNÉTIQUE. - Le moment d’un
ccimunt
don t
les pôles renferment
l’unité demagnétisme
etsont pla-
cées à l’unité de distance:
40
UNITÉ DE COURANT. 2013 L’intensité d’un courantqui,
décri-vant un arc de cercle de rayon
unité,
est telqu’un
tronçond une
longueur égale à
l’unité donne au centre ducercle
l’unité de
champ magnétique (c’est-à-dire agit
avec l’unité de force sur l’unité demagnétisme placée
aucentre),
d’où la forceF,
avec
laquelle agit,
en vertu des loisd’Ampère
et dePouillet,
unélément de
longueur 1
d’un courant d’intensité 1 sur une masseQ
de
magnétisme placée
à une distanceL,
dans une direction faisantun
angle
x avec celle del’élément,
est donnée parc’est-à-dire que cet élément de courant
fournit,
à une distanceL,
dans une direction a, un
champ magnétique
H donné parRéciproquement,
la forcequi agit
sur un élément de courantplacé
dans unchamp magnétique H,
dont leslignes
de forces fontun
angle x
avec la direction du courant(force
dont la directionest
perpendiculaire
auplan
de l’élément et de laligne
deforce),
261 est donnée par
Enfin l’action
réciproque
de deux éléments de courant d’inten-sité 1 et
I’,
deIon-ueur 1
etP, placés
à une distance L l’un del’autre,
faisant lesangles
x et x’ avec la droitequi
lesjoint,
et telsque les deux
plans,
passant par cette droite et chacun d’eux, forment unangle
w entre eux, est donné en valeur absolue par la formuled’Ampère, prise
sous la forme suivante(1) :
On a donné le nom
d’ampère
à une unité secondaire de cou-rant valant lo-t unités absolues. Pour avoir une idée de l’ordre de
grandeur
del’ampère, ajoutons qu’un galvanomètre
à une seuleaiguille,
de sensibilitémédiocre,
peut êtregrad ué
enmilliampères.
Un élément Bunsen de taille moyenne
(zinc cylindrique
de0m,19
de
hauteur, om,
09 dediamètre),
étant fermé sur lui-même par une résistancenégligeable,
donne un courant de i 2 à 13ampères.
(1) Et non pas sous la forme
ce qui donnerait une valeur moitié moindre pour la force.
On pourrait définir directement l’intensité d’un courant en partant de la for- mule d’Ampère, et ensuite, l’unité de courant étant fixée, s’en servir pour définir les autres unités magnétiques ou électriques; c’est ce qui constitue le système de
mesures électrodynamiques.
Mais on voit qu’en employant la formule d’Ampère sous la forme donnée dans le texte, l’unité électrodynamique de courant ne dïfFér erait pas de l’unité électro-
magnétique, et par conséquent les deux systèmes se confondraient pour les me- sures de toutes les grandeurs.
Si, au contraire, on employait la formule d’Ampère sous la forme donnée en
tête de la note pour définir l’unité de courant, le nombre qui représenterait l’in- tensité d’un courant en mesure électrodynamique serait égal au produit par VU
de celui qui la représente en unités électromagnétiques. Il n’y a donc aucun in-
térêt à conserver le système électrodynamique parallèlement au système électro- magnétique.
J. de Phys., 2e série, t. I. (Juin 1882.) 18
262
Un élément Daniell de taille moyenne
(zinc
extérieur C) lin-drique
om, 19 dehauteur, om,
og dediamètre ;
cuivreintérieur,
deom, 05
dediamètre),
monté au sulf’ate dezinc,
étant fermé sur lui-même par une résistance
négligeable,
donne un courant de 1amp,
3 environ.5° UNITÉ D’ÉLECTRICITÉ. - Lcz
qitazitité
d’électricitéqui
trcz-verse dans l’unité de temps une section d’un
conducteur par-
cout-upar l’unité de courant:
On a donné le nom de coulomb à une unité secondaire d«élec- tricité valant i o-1 unités
absolues; d’après cela,
unampère fait
passer un
cotilonîbpar
seconde à travers une section d’un con-ducteur.
L’unité absolue d’électricité
décompose, d’après
M. Mascart(1),
une fraction
égale
à0,10415 d’équivalent chimique
d’un corpsexprimé
enmilligramme;
soit parexemple
ûmmg,9373
d’eau.6- UN ITÉ DE DÉSISTA ]BCE. - La résistance d’un conducteur dans
lequel
l’unité de courantdépense
l’unité de travail dans l’unité de temps.D’où,
en vertu de la loi deJoule,
Rdésignant
larésistance d’un
conducteur,
dimensions R =
W I2T =L T
(mêmes dimensionsqu’une
vitesse).On a donné le nom d’ohm à une unité secondaire de résistance valant 109 unités absolues. La Commission a décidé
qu’il
seraitétabli un ohm-étalon construit au moyen d’une colonne de mercure à o°, ayant pour section 1 rnmq et une
longueur qu’il
reste àdéterminer exactement par de nouvelles
expériences. 3Iais,
del’ensemble des travaux
déjà
faitsantérieurement,
onpeut
conclure que cettelongueur
seraWl, o5g, probablemen t
à 2mmprès.
L’unitésiemens vaut environ
0, 943 ohnl-théorique,
et l’ohm-étalon donné(1) Ce nombre est d’accord avec ceux de Weber et de Cazin (Journal de Phy- sique, 2e série t. l, p. lOg).
263
par l’Association
britannique
esttrop
faible et ne vautqu’environ
o, g90
ohm-théorique (1).
Ajoutons qu’il
faut de4Sm
à 50m d’un fil de cuivre du com- merce(non pur)
de 1 mmq de section pour faire i ohm. Les élé-ments Bunsen et Daniell mentionnés
plus
haut ontrespective-
ment comme résistance
oohm,
15 e t0
85.7°
UNITÉ DE FORCE ÉLECTROMOTRICE OU DE DIFFÉRENCE DE POTEN- TIEL. - Laforce
électromotricequi communique
l’unité(l’énerg’ie
à l’unité d’électricité.D’oû,
en vertu de la loid"Ohm,
endésibnant
par E une forceél ec tromo trice,
Si un élérnent de circuit, AB de
longueur
1 sedéplace
avec unevitesse v dans un
champ magnétique
d’intensité H dont leslignes
de force XY font
l’angle a
avec l’élémentAB,
et si la direction de Fig. 2.déplacement
00’ fait unangle w
avec la force OFagissant
surl’élément,
la force électromotrice élénlentaire d’incluction estdonnée en valeur absolue par
On a donné le nom de volt à une unité secondaire de force
(1) Voir) sur la détermination de l’ohm, le Journal de Physique, 2’ série, L l, P. 43.
264
électromotrice valant 108 unités
absolues ; d’après cela,
un voltdonne un
anipèr-e
dans iiii olzm(I amp
=Ivolt Iohm)
La force électromo trice d’un élément Volta
(zinc,
cuivre et sul-fate de zinc ou eau
acidulée)
a pour valeur moyenne 1 volt. Celle d’un daniell(cuivre,
sulfate decuivre,
sulfate dezinc,
zinc amal-gamé),
varie entre1 volet
09 et1 volt, 14.
L’étalon de force électromotrice le
plus convenable,
à cause desa
remarquable fixité,
est actuellement l’élément Latimer Clark(1),
dont l’Association
Britannique
donne pour valeurI volt,457 (2).
8° UNITÉ DE CKPACITÉ. - La
capacité
d’un condensateur dont les arn1,atures seraientchargées
chacune de l’unité d’électricité pour llnedi rence
depotentiel égale
cc l’unité. Endésignant
par C une
capacité,
on aCette unité est énorme : la
capacité
du Soleil est inférieure à10000000000
d’unité absolue.On a donné le nom de
farad
à une unité secondaire valant io-9 unités absolues.D’après cela,
un condensateur de 1farad, présentant
unedifférence
depotentiel
de 1 volt entre ses ai-lnatures, est
clzczrn-é
de i coulomb sur chacune d’elles(i
cou-lomb = i farad x i
volt).
Le farad lui-même est une unité bien
trop grande
pour la pra-tique (le
Soleil est inférieur à undécifarad);
on construit descapacités
étalons donnant le microfarad(10-15
unitésabsolues)
et ses subdivisions en dixièmes et centièmes.
Une batterie de 1 me¡ de surface
(environ
iojarres),
et dont leverre des bouteilles a Imm
d’épaisseur, possède
unecapacité
de1 55
demicrofarad.
(1) Voir Journal de Physique, Ire série, t. 11, p. 355 ; 1873.
(1) D’après les expériences de Sir BY. Thomson, pour qu’une étincelle jaillisse
entre deux plateaux distants de i--, il faut établir entre eux une différence de potentiel d’environ 1000 volts.
265
UNITÉS ÉLECTROSTATIQUES.
Les formules usitées en électricité
statique
conduisent à l’em-ploi
des unitésélectrostatiques;
il convient alorsd’exprimer
lesdiverses
grandeurs
d’abord en ces dernièresunités, puis
de con-vertir les mesures en unités
électromagnétiques
parl’emploi
d’uncoefficient convenable. C’est
pourquoi
nousajoutons
ici la défini-tion des unités
électrostatiques
et la relationqui
existe entre lesdeux
systèmes
de mesure.I° UNITÉ D’ÉLECTRICITÉ. - LfL
quantité
d’électricitéqui a -it
sur ume
quantité égale placée
à l’unité de distance aç,ec l’unitéde force. D’où,
endésignant
par Ladeuxquantités d’électricité,
la loi de Coulomb donne
2° UNITÉ DE POTENTIEL. - Le
potentiel
donné par l’unité (l’électricité cc l’unité de distance. D’où3° UNITÉ DE CAPACITÉ. - La
capacité
d’un condensateur dont les armatures seraientcharg’ées
chacune de t’unité cl’élec- tricité pour zcnedigét-etice
depotentiel égale
II l’unité. Endésignant
par c unecapacité
et par e la difl’érence depotentiel,
on a
L’unité de
capacité
est aussi lacapacité
d’unesphère
conduc-trice de
rayon-unité
située à une distance infinie de tout corps électrisé.RELATION ENTRE LES UNITÉS ELECTROSTATIQUES
ET ÉLECTROMAGNÉTIQUES.
1°
Quantité
d’électricité. -Désignons
par K lerapport
entre le nombre a donnant la mesure d’unequantité
d’électricité en266
unités
électriques
et le nombre A donnant la mesure de la mêmequantité
d’électricité en unitésélectromagnétiques,
on aLes dimensions de K sont donc les mêmes que celles d’une vitesse.
Or, l’expérience
a donné un résultat bienremarquable :
la va-leur de K est
égale
à la vitesse de la lumière1 ’ ),
soitOn a donc pour la formule de conversion
On voit que A est très
petit
parrapport
à a. d2°
Différence
depotentiel.
- Le travail W des forceséléc- triques agissant
sur unequantité
d’électricité A(en
mesure élec-tromagnétique)
ou cc(en
mesureélectrostatique) qui
chemineentre deux
points
dont la différence depotentiel
est E(en
mesureélectromagnétique)
ou e(en
mesureélectrostatique)
est donné paron a donc
d’où,
pour la formule de transformation( 2 )
On voit que E est très
grand
parrapport
à e.(1) Voir, à ce sujet, Journal de Ph)’sique, Ire série, t. X, p. !t68.
(2) Donnons un exemple utile de ces transformations de mesures 1B1. Mascart, dans son Traité d’électricité statique, publié en 1876, avait adopté le système élcctrostatique et pour unités fondamentales, le millimètre, le poids du milligramme
et la seconde. Pour transformer les mesures données dans ce système en mesure électrostatique C. G. S ., il faut faire dans les relations donnant la dimension des
267 3°
Capacité. -
On ad’où
d’où,
pour la formule detransformation,
On voit que C est extrêmement
petit
parrapport
à c.ANALOGIE THERMODYNAMIQUE DES PHÉNOMÈNES
THERMO-ÉLECTRIQUES
ET DU PHÉNOMÈNE DE PELTIER;
PAR M. E. BOUTY.
Soit un canal ACBD
imperméable
à lachaleur,
contenant enACB du sable exactement saturé
d’eau,
en BDA de l’air saturé de vapeur d’eau. Assimilons le sable et l’air à deux conducteurs et l’eauliquide
ou gazeuse au fluideélectrique imaginaire
dont ledéplacement
dans les conducteursengendre
le courant.Cela
posé,
on voit immédiatementqu’il
ne peut seproduire
decourant
quand
tous lespoints
du circuit sont à la mêmetempéra-
ture. Examinons ce
qui
arrivequand
on échauffe A.Après
unepériode
variableplus
ou moinslongue,
une circulationpermanente
s’établit dans le canal : l’eau sevaporise
enA,
secondense
en Bgrandeurs L = o, r, M = g, 8o8g6, T = i; l’unité de différence de potentiel de ce sys- tème vaut, en unité électrostatique C. G. S., d’après e
=M1 2L1 2 T,
et en unité électromagnétique C . G . S . , il vaut
soit encore 297 volts.