Perméabilité du vide

constante physique

Ne doit pas être confondu avec Permittivité du vide.

Perméabilité du vide
Constante magnétique

Données clés
Unités SI	Tesla. mètre par ampère
Dimension	$[\mu _{0}]=$ M·L·T⁻²·I⁻²
Nature	Grandeur scalaire
Symbole usuel	$\mu _{0}$
Lien à d'autres grandeurs	$\mu _{0}={\frac {1}{\varepsilon _{0}c^{2}}}$
Valeur	$\mu _{0}=$ 1,256 6... × 10⁻⁶ kg m A⁻² s⁻² = 1,256 6... × 10⁻⁶ T m/A

La perméabilité du vide, également nommée perméabilité magnétique du vide ou constante magnétique, est une constante physique symbolisée par μ₀.

Dans le système SI, sa valeur est exactement :

μ₀ = 4π × 10⁻⁷ kg m A⁻² s⁻², ou encore 4π × 10⁻⁷ T m/A

T étant le tesla, unité d'induction électromagnétique

soit donc :

μ₀ = 12,566 370 614... × 10⁻⁷ kg m A⁻² s⁻², ou encore 12,566 370 614... × 10⁻⁷ T m/A

La constante magnétique est souvent exprimée en henry par mètre : μ₀ = 4π × 10⁻⁷ H m⁻¹.

La valeur donnée était exacte par définition de l'ampère, mais ne l'est plus depuis la redéfinition des unités du système international, le 20 mai 2019, la définition de l'ampère étant dorénavant liée à la définition de la charge élémentaire e qui a été choisie comme exacte, alors que la définition antérieure approuvée au Congrès Général des Poids et Mesures de 1948 fixait la perméabilité du vide^[1].

Histoire

La constante a été définie afin de simplifier l'expression du théorème d'Ampère^[2].

Noms et symbole

La constante magnétique^[3]^,^[4]^,^[5]^,^[6]^,^{[N 1]} semble davantage^[5]^,^[6] connue sous ses plus anciennes^[4] dénominations de perméabilité magnétique du vide^[3]^,^[5]^,^[8]^,^{[N 2]} et de perméabilité du vide^[4]. Les désignations plus anciennes de perméabilité magnétique de l'espace libre ou de perméabilité de l'espace libre ne sont plus que rarement usitées.

Le symbole de la constante est $μ 0$ ^[10] (lire « mu zéro »)^[11]. Il se compose de la lettre grecque mu, suivie de l'indice zéro^[10]. La lettre grecque mu est le symbole de la perméabilité magnétique^[12]. L'indice $0$ signifie « dans le vide »^[13] et vient préciser que la perméabilité magnétique $μ 0$ est affectée au vide^[14].

Dimension et unité

La dimension de la perméabilité magnétique est $[μ 0] = [μ] = M L T -2 I -2$ ^[15]. Dans le Système international d'unités, elle s'exprime en henry par mètre ( $Hm -1$ ), unité dérivée de la perméabilité magnétique^[15]^,^[16].

Expression

La constante est définie par la relation^[17] :

R_{\mathrm {K} }={\frac {h}{e^{2}}}={\frac {\mu _{0}c}{2\alpha }}

d'où :

\mu _{0}={\frac {2\alpha h}{ce^{2}}}={\frac {4\pi \alpha \hbar }{ce^{2}}}

expressions dans lesquelles :

$R_{\mathrm {K} }$ est la constante de von Klitzing ;
$\alpha$ est la constante de structure fine ;
$c$ est la vitesse de la lumière dans le vide ;
$e$ est la charge élémentaire ;
$h$ est la constante de Planck ;
$\hbar$ est la constante de Dirac.

Interprétation physique

La perméabilité magnétique μ d'un matériau est définie comme le rapport entre la norme de l'induction magnétique du champ B et celle du champ d'excitation magnétique H appliqué au matériau. Pour des champs suffisamment grands, ce rapport n'est pas constant et tend vers μ₀.

μ₀ peut être vue comme la perméabilité magnétique intrinsèque du vide.

Remarque

La constante est reliée à la permittivité diélectrique du vide $ε 0$ , l'impédance caractéristique du vide $Z 0$ et l'admittance caractéristique du vide $Y 0$ .

On a la relation :

\mu _{0}={\frac {1}{\varepsilon _{0}c^{2}}}

où ε₀ est la permittivité du vide et c la vitesse de la lumière

Notes et références

Notes

En anglais : magnetic constant^[6]^,^[7].
En anglais : magnetic permeability of vacuum^[8] ou vacuum magnetic permeability^[9].

Références

« Brochure sur le SI - 9e édition », sur bipm.org (consulté le 7 août 2019)
Séguin, Descheneau et Tardif 2010, chap. 4, p. 377, en marge.
Gumuchian et al. 2019, chap. III, sect. 1,§ 1.2, p. 27.
Séguin, Descheneau et Tardif 2010, chap. 4, sect. 4.6, p. 377.
Staebler 2016, chap. 3, sect. 3.1, § 3.1.2, p. 117.
Taillet, Villain et Febvre 2013, s.v. constante magnétique, p. 139, col. 1.
Mohr, Newell et Taylor 2016, tabl. I, s.v. magnetic constant, p. 5.
Taillet, Villain et Febvre 2013, s.v. perméabilité magnétique du vide, p. 513, col. 1.
Mohr, Newell et Taylor 2016, s.v. $μ 0$ , p. 69, col. 2.
Séguin, Descheneau et Tardif 2010, chap. 4, glossaire, s.v. constante magnétique, p. 382, col. 1.
Séguin, Descheneau et Tardif 2010, chap. 4, p. 377.
Taillet, Villain et Febvre 2013, s.v. mu [ $μ$ ] (sens 1), p. 458, col. 1.
Jufer et Perriard 2014, glossaire, indice, s.v. 0 (sens 2), p. 277.
Semay et Silvestre-Brac 2016, chap. 11, § 11.2, p. 232.
Dubusset 2000, s.v. perméabilité magnétique, p. 98.
Dubusset 2000, s.v. henry par mètre, p. 72.
Göbel et Siegner 2019, chap. 5, sect. 5.4, § 5.4.5, p. 110.

Voir aussi

Bibliographie

: document utilisé comme source pour la rédaction de cet article.

[BIPM 2019] (fr + en) Bureau international des poids et mesures (BIPM), Le Système international d'unités / The international System of units, Sèvres, BIMP, 2019, 9^e éd. (1^re éd. 1970), 1 vol., 216 p. (ISBN 978-92-822-2272-0, présentation en ligne, lire en ligne [PDF]) .
[Göbel et Siegner 2019] (en) Ernst O. Göbel et Uwe Siegner, The new international System of units (SI) : quantum metrology and quantum standards [« Le nouveau Système international d'unités (SI) : métrologie quantique et standards quantiques »], Weinheim, Wiley-VCH, hors coll., sept. 2019, 1^re éd., 1 vol., XVII-250 p., ill., fig. et tabl., 17,5 × 25,1 cm (ISBN 978-3-527-34459-8, EAN 9783527344598, OCLC , DOI , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .
[Goldfarb 2017] (en) Ronald. B. Goldfarb, « The permeability of vacuum and the revised international System of units » [« La perméabilité du vide et le Système international d'unités révisé »], IEEE Magn. Lett., vol. 8,‎ déc. 2017, éditorial, art. n^o 1110003, 3 p. (DOI , résumé, lire en ligne [PDF]) .
[Gumuchian et al. 2019] Diane Gumuchian, Françoise Le Frious, Valérie Morazzani, Florian Platel, Maguelonne Chambon et Mathieu Grousson (préf. de Thomas Grenon), Le SI et la métrologie en France : des unités de mesure aux références, Paris et Les Ulis, LNE et EDP Sciences, hors coll., sept. 2019, 1^re éd., 1 vol., IX-156 p., ill. et fig., 16 × 24 cm (ISBN 978-2-7598-2370-3, EAN 9782759823703, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .
[Jeckelmann et Jeanneret 2003] Beat Jeckelmann et Blaise Jeanneret, « The quantum Hall effect as an electrical resistance standard » [« L'effet Hall quantique comme un standard de la résistance électrique »], Meas. Sci. Technol., vol. 14, n^o 8,‎ août 2003, p. 1229-1236 (OCLC , DOI , Bibcode , résumé) , réimpr. :
- [Jeckelmann et Jeanneret 2005] Beat Jeckelmann et Blaise Jeanneret, « The quantum Hall effect as an electrical resistance standard », dans Benoît Douçot, Bertrand Duplantier, Vincent Pasquier et Vincent Rivasseau (éd. et av.-prop.), The quantum Hall effect : Poincaré seminar 2004 [« L'effet Hall quantique : séminaire Poincaré 2014 »], Bâle, Birkhäuser, coll. « Progress in mathematical physics » (n^o 45), juill. 2005, 1^re éd., 1 vol., VIII-197 p., ill., 15,9 × 23,7 cm (ISBN 978-3-7643-7300-9, EAN 9783764373009, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne), chap. 3, p. 55-131 .
[Staebler 2016] Patrick Staebler (trad. de l'anglais), Exposition humaine aux champs électromagnétiques : de 0 Hz à 300 GHz [« Human exposure to electromagnetic fields : from extremely low frequency (ELF) to radiofrequency »], Londres, ISTE, coll. « Ondes », nov. 2016, 1^re éd., 1 vol., 409 p., ill., fig. et tabl., 15,5 × 23,5 cm (ISBN 978-1-78405-202-7, EAN 9781784052027, OCLC , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .

Dictionnaires et lexiques

[Dubusset 2000] Michel Dubesset (préf. de Gérard Grau), Le manuel du Système international d'unités : lexique et conversions, Paris, Technip, coll. « Publications de l'Institut français du pétrole », sept. 2000, 1^re éd., 1 vol., XX-169 p., ill., fig. et tabl., 15 × 22 cm (ISBN 2-7108-0762-9, EAN 9782710807629, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .
[Taillet, Villain et Febvre 2013] Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique, Louvain-la-Neuve, De Boeck Supérieur, hors coll. / sciences, fév. 2013, 3^e éd. (1^re éd. mai 2008), 1 vol., X-899 p., ill. et fig., 17 × 24 cm (ISBN 978-2-8041-7554-2, EAN 9782804175542, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .

Manuels d'enseignement supérieur

[Jufer et Perriard 2014] Marcel Jufer et Yves Perriard, Électrotechnique : base de l'électricité, Lausanne, PPUR, coll. « Électricité », fév. 2014, 2^e éd. (1^re éd. oct. 2012), 1 vol., VII-281 p., ill. et fig., 16 × 24 cm (ISBN 978-2-88915-050-2, EAN 9782889150502, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .
[Séguin, Descheneau et Tardif 2010] Marc Séguin (dir.), Julie Descheneau et Benjamin Tardif (collab.), Physique XXI, t. B : Électricité et magnétisme, Bruxelles, De Boeck Université, hors coll. / sciences, juin 2010, 1^re éd., 1 vol., XIX-556 p., ill., fig. et tabl., 21,3 × 27,5 cm (ISBN 978-2-8041-6190-3, EAN 9782804161903, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .
[Semay et Silvestre-Brac 2016] Claude Semay et Bernard Silvestre-Brac, Relativité restreinte : bases et applications, Paris, Dunod, coll. « Sciences sup », mars 2016, 3^e éd. (1^re éd. oct. 2005), 1 vol., X-309 p., ill., 17 × 24 cm (ISBN 978-2-10-074703-0, EAN 9782100747030, OCLC , notice BnF n^o , SUDOC , présentation en ligne, lire en ligne) .

Publication du Comité de données pour la science et la technologie (CODATA)

[Mohr et Taylor 2005] (en) Peter J. Mohr et Barry N. Taylor, « CODATA recommended values of the fundamental physical constants : 2002 », Rev. Mod. Phys., vol. 77, n^o 1,‎ janv.-mars 2005 (DOI ) .
[Mohr, Taylor et Newell 2008] (en) Peter J. Mohr, Barry N. Taylor et David B. Newell, « CODATA recommended values of the fundamental physical constants : 2006 », Rev. Mod. Phys., vol. 80, n^o 2,‎ avr.-juin 2008 (DOI ) .
[Mohr, Taylor et Newell 2012] (en) Peter J. Mohr, Barry N. Taylor et David B. Newell, « CODATA recommended values of the fundamental physical constants : 2010 », Rev. Mod. Phys., vol. 84, n^o 4,‎ oct.-déc. 2012 (DOI ) .
[Mohr, Newell et Taylor 2016] (en) Peter J. Mohr, David B. Newell et Barry N. Taylor, « CODATA recommended values of the fundamental physical constants : 2014 », Rev. Mod. Phys., vol. 88, n^o 3,‎ juill.-sept. 2016 (DOI ) .

Lien externe

[CODATA 2018] CODATA, « vacuum magnetic permeability » [« perméabilité magnétique du vide »], expression et valeur recommandée, sur NIST.