Balance du Watt

Balance du watt

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La balance du watt est un appareil qui permet de convertir, avec neuf chiffres significatifs, la puissance mécanique en puissance électrique et vice-versa

La longueur et le temps étant définis, il fallait faire la correspondance entre la puissance mécanique et la puissance électrique : c'est ce que fait la "balance du watt"

Sommaire

Description de la balance théorique

Dans le cas de la balance du watt, il faut effectuer deux mesures : l'une statique, qui est celle de la balance de Cotton ; l'autre dynamique qui mesure une différence de potentiel d'induction de Faraday.

  • La mesure statique consiste à équilibrer la masse étalon (en l'occurrence le kilogramme ) par une force de Laplace usuelle : m \cdot  g = B \cdot l \cdot I \,( la bobine de longueur l est circulaire et horizontale, le champ magnétique est radial et horizontal et la force de Laplace est donc verticale. On mesure I via un effet Josephson U et une résistance de Klitzing R. La mesure de g ne pose plus de problème à l'heure actuelle, au niveau de précision requis.)
  • La mesure dynamique consiste à déplacer verticalement à vitesse constante la bobine : on recueille la ddp d'induction E = B\cdot l\cdot v \, : on mesure v et on mesure E par effet Josephson.

A supposer que B et l ne varient pas entre les deux mesures (ce qui est l'astuce utilisée !), alors on a : m\cdot g\cdot v = E\cdot I  \, ce qui permet la mesure de m à l'aide de la relation :

m = \frac{E\cdot U}{R\cdot g\cdot v} \,

Métrologie

La difficulté est évidemment la métrologie de v en maintenant B constant (d'environ 1 T) : il faut réaliser sur environ 4 cm d'entrefer un champ à symétrie de révolution, uniforme sur les 4 cm, ce qui exige un entrefer extrêmement bien usiné (il ne doit pas être d'épaisseur égale !) et il faut que la bobine passe à l'endroit exact, ce qui exige une symétrie parfaite du dispositif de translation de la bobine.

Tout est concentré dans le fait qu'il faut avoir une meilleure stabilité, répétabilité et sensibilité qu'une balance métrologique ordinaire. Alors le kilogramme international pourrait être pesé, et ses variations (adsorption, nettoyage...) pourraient être enregistrées : ce qui le rendrait caduc. En fait la mesure faite par la balance reposerait alors sur la valeur de la constante de Planck (pour des raisons évidentes d'homogénéité EU/R ne dépend pas de la charge de l'électron !). On devrait alors fixer la valeur de h, tout comme en 1983 on a dû fixer la valeur de la célérité c de la lumière dans le vide.

Il conviendra de voir alors si la valeur de la constante de structure fine, α, est compatible avec la valeur de e tirée de Josephson et de Von Klitzing.

Entrée en vigueur

Initialement prévue en 2007, l'entrée en vigueur de ces nouvelles normes a été repoussée en 2011 à cause du manque de balances du Watt en usage actuellement.

Voir aussi

  • Portail de la physique Portail de la physique
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