La chimie du vivant

jeudi, 11 janvier 2018 14:13

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La mesure physique est l'estimation ou la détermination d'une dimension spécifique (longueur, capacité, etc.), habituellement en relation avec un étalon ou une unité de mesure. Le résultat de la mesure physique s'exprime en termes de multiple de l'étalon. Exemple : la mesure de distances (kilomètres, miles, lieues) ou la mesure du temps (secondes, heures).

Une grandeur est mesurable lorsqu'on peut définir l'égalité et le rapport (ou la somme) de deux grandeurs de son espèce.

Le nombre qui mesure une grandeur et le rapport de cette grandeur à la grandeur de même espèce choisie pour unité.

Le processus de mesure physique implique l'estimation du rapport de la grandeur d'une quantité à celle d'une unité de même type. Une mesure physique est le résultat d'un tel processus, exprimé comme le produit d'un nombre réel et d'une unité, dans lequel le réel est le rapport estimé. À la différence d'un compte, c'est-à-dire une quantité entière d'objets connue de manière exacte, chaque mesure physique est en réalité une estimation et possède donc une certaine incertitude.

Généralités

Avant que les unités du système international soient adoptées dans le monde entier, il existait de nombreux systèmes, plus ou moins pratiques et plus ou moins généralisés en termes d'aires d'expansions, d'utilisations professionnelles ou autres.

Le système international d'unités (abrégé en SI) est la forme moderne et révisée du système métrique.

C'est la Conférence générale des poids et mesures, rassemblant des délégués des États membres de la Convention du Mètre, qui décide de son évolution, tous les quatre ans, à Paris. L'abréviation de « Système International » est SI, quelle que soit la langue utilisée.

La norme internationale ISO 1000 (ICS 01 060) décrit les unités du Système international et les recommandations pour l'emploi de leurs multiples et de certaines autres unités.

Le SI a été développé dans les années 1960 à partir du système MKS (mètre-kilogramme-seconde) préférentiellement au système CGS (centimètre-gramme-seconde), qui possède de multiples variantes. Le SI introduit dès ses débuts de nombreuses et nouvelles unités ne faisant pas partie initialement du système métrique.

Il y a deux types d'unités SI, les unités de base et les unités secondaires. Les unités de base sont les mesures correspondant au temps, à la longueur, à la masse, à la température, à la quantité (d'objets), au courant électrique, et l'intensité lumineuse. Les unités secondaires sont construites sur les unités de base; comme par exemple la densité qui s'exprime en kg/m3.

Exemple : la longueur est une grandeur mesurable ; disposant de deux fils, nous savons définir leur égalité, si, tendus rectilignement, ils possèdent les mêmes extrémités.

Nous savons définir leur somme en les mettant bout-à-bout en choisissant une unité étalon, le mètre (symbole M), toute longueur se mettra sous la forme

L = lm
Si g est le nombre qui mesure la grandeur G avec l’unité UG :
G=gUG
G a la dimension de UG.

La classification des diverses grandeurs

Les grandeurs additives : on définit la grandeur et la somme :

Scalaire : longueur, masse, tant, travail, ...
Vectorielles : force, champ électrique, ...
Les grandeurs additives : on ne peut définir par voie directe que le rapport : température, masse volumique, densité, indice de réfraction, ...

Constantes physiques universelles

Il ne faut pas confondre la notion de constantes mathématiques dont la valeur sans dimension fixée,

exemple : le nombre Π = 3,1416 ...
Et celle de constantes physiques dimensionnées, dont la valeur est fixée dans un certain choix d'unités.
Exemple : vitesse de la lumière dans le vide c=2,9979.108 ms-1

Règles orthographiques et typographiques

Le nom des unités est un nom commun même si l'unité dérive d'un nom propre ; la première lettre du nom d'une unité est donc toujours une minuscule. On écrit ainsi ampère, seconde et degré Celsius (ce n'est ici pas la première lettre qui est une majuscule). Par ailleurs, pour former les noms des unités multiples et sous-multiples, des préfixes sont simplement accolés. Enfin, en cas de produit d'unités, on utilise un tiret ou une espace dans le nom de l'unité dérivée. Ainsi, les bonnes orthographes de l'unité dont le symbole est kWh sont kilowatt - heure et kilowatt heure. On ne peut pas accoler plusieurs préfixes à une unité (nanomètre mais pas millimicromètre).

Les symboles des unités commencent par une minuscule si l'unité ne dérive pas d'un nom propre. En revanche, dans le cas contraire, le symbole d'une unité commence par une majuscule. Ainsi on peut comparer les symboles du pascal (Pa) et de la seconde (s). Le symbole du litre constitue une exception notable à cette règle puisqu'il est au choix l ou L, pour éviter les confusions avec le chiffre 1.

Les symboles des unités sont toujours écrits en caractères romains quelle que soit la police du texte où ils figurent. Ils constituent des entités mathématiques et non des abréviations ; ainsi on écrit 30 cm et non pas 30 cms.

Les abréviations des symboles et noms d'unités (telles sec pour la seconde (s) ou cc pour le centimètre cube (cm3)) sont prohibées. Il ne faut pas mélanger les symboles (entités mathématiques) et les noms des unités ; ainsi on écrira toujours newton par kilogramme et jamais newton par kg. Enfin les notations de la division et de la multiplication s'appliquent aux symboles des unités dérivées : ainsi on peut écrire le symbole du mètre par seconde m·s-1, m/s ou et celui du kilowattheure kW h ou kW·h. Pour éviter les notations ambiguës, on n'utilise jamais plus d'une barre oblique dans le symbole d'une unité : A/m/s pourrait être le symbole de l'ampère par mètre et par seconde (A·m-1·s-1 ou A/(m·s)) ou celui de l'ampère seconde par mètre (A·m-1·s ou A·s/m).

Les symboles des unités sont obligatoirement précédés d'une espace insécable (à la seule exception des symboles des unités sexagésimales d'angle : 40° 16' 25") ; ainsi, on écrit 30 cm et non pas 30cm.

Unités de base et unités dérivées

Unité de longueur : Le 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. (17e CGPM (1983), Résolution 1, CR 97)

Historiquement, la première définition officielle et pratique du mètre (1791) était basée sur la circonférence de la terre, et valait 1/40 000 000ème d'un méridien. Auparavant, le mètre en tant que proposition d'unité décimale de mesure universelle était défini comme étant égal à 38 pouces de Prusse (John Wilkins, 1668), puis comme la longueur d'un pendule qui oscille avec une demi-période d'une seconde (Tito Livio Burattini, 1675).

Unité de masse : Le kilogramme (kg)

Le kilogramme (nom originel, le grave) est l'unité de masse. Il est égal à la masse du prototype international du kilogramme. Ce dernier, en platine-iridium (90%-10%), est gardé au Bureau international des poids et mesures à Sèvres, en France. (1re CGPM (1889), CR 34-38).

Historiquement, c'est la masse d'un décimètre cube, soit un litre d'eau prise à 4°C

Unité de temps : La 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 à une température de 0 kelvin. (13e CGPM (1967-1968), Résolution 1, CR 103)

La seconde est bien sûr basée à l'origine sur la durée moyenne d'un battement de coeur humain. Soit 86 400 battements de coeur humain par jour terrestre (divisé en 24 heures, puis en 60 minutes et en 60 secondes).

Unité de courant électrique : L'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 un 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. (9e CGPM (1948), Résolution 7, CR 70)

Unité de température : le kelvin (K)

Le kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau. (13e CGPM (1967), Résolution 4, CR 104)

Cette définition fait du kelvin Θ une mesure de température égale en variation à celle du degré Celsius T, mais basée sur le Zéro absolu

T=Θ-273,15

Unité de quantité de matière : La mole (mol)

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. (14e CGPM (1971), Résolution 3, CR 78)

Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro. Lorsque l'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.

Unité d'intensité lumineuse : Le candela (Cd)

La candela est l'intensité lumineuse, dans une direction donnée, d'une source qui émet un rayonnement monochromatique de fréquence 540.1012 hertz et dont l'intensité énergétique dans cette direction est de 1/683 watt par stéradian. (16e CGPM (1979) Résolution 3, CR 100)

Unités supplémentaires

L'unité d'angle plan : Le radian ()

le radiant est l'angle plan qui ayant son sommet au centre d'un cercle intercepte sur la circonférence de ce cercle, un arc de longueur égale à celle du rayon.

L'unité d'angle solide, c'est à dire dans l'espace : Le stéradian()

le stéradian et l'angle solide qui, ayant son sommet au centre d'une sphère, des cours sur la surface de cette sphère lunaire équivalence à celle d'un carré de côté le rayon de la sphère.

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