Photonique / Grandeurs et unités

Mesurer c'est comparer à l'aide d'un instrument, une grandeur physique inconnue avec une grandeur de même nature (on dira de même dimension) prise comme référence que l'on appelle étalon ou unité de mesure.
Le système d'unités principalement utilisé dans le monde est le Système international d'unités (SI) mis en place en 1960.

2. Les unités SI

1.1. Les 7 unités de base du système international

Tableau 1 : Les 7 grandeurs de base du système international d’unités et leurs unités.

Grandeur de base	Symbole de la grandeur	Symbole de la dimension	Unité SI	Symbole de l'unité
Longueur	l	L	mètre	m
Masse	m	M	kilogramme	kg
Temps	t	T	seconde	s
Température	T	θ	kelvin	K
Intensité du courant électrique	i	I	ampère	A
Intensité lumineuse	I	J	candela	Cd
Quantité de matière	n	N	mole	mol

Plus d'info sur le site du laboratoire de métrologie et d'essai

2.2. Unités dérivées

Toute grandeur peut alors être exprimée dans une unité dérivée des unités de base du système international. Toutefois, par soucis de commodité de nombreuses grandeurs caractéristiques ont des noms et des symboles spécifiques.

Tableau 2 : Grandeurs dérivées avec unité SI cohérente

Grandeur dérivée Nom	Symbole	Unité SI cohérente Nom	Symbole
superficie	A	mètre carré	m²
volume	V	mètre cube	m³
vitesse	v	mètre par seconde	m/s ou m·s^-1
accélération	a	mètre par seconde carrée	m/s² ou m·s^-2
nombre d'onde	σ	mètre à la puissance moins un	m^-1
Luminance lumineuse	Lv	candela par mètre carré	cd/m² ou Cd·m^-2
indice de réfraction	n	un	1

Tableau 3 : Quelques exemples de grandeurs dérivées avec unité spécifique

Grandeur dérivée	Nom et symbole de l'unité	Expression en d'autres unités	Expression en Unité SI
angle plan	degré (°)	1	m/m
angle solide	stéradian (sr)	1	m²/m²
fréquence	hertz (Hz)		s^-1
énergie	joule (J)	N·m	m²·kg·s^-2
puissance,flux énergétique	watt	J/s	m²·kg·s^-3

Tableau 4 : Grandeurs en dehors du SI dont l'usage est accepté avec le SI

grandeur	nom de l'unité	symbole de la grandeur	valeur en unité SI
temps	minute	min	1 min = 60 s
	heure	h	1 h = 60 min = 3600 s
	jour	d	1 d = 24 h = 86 400 s
angle plan	degré	°	1 ° = (π/180) rad
	minute	'	1 ' = (1/60) ° = (π/10800) rad
	seconde	''	(1/60) ' = (π/648000) rad
superficie	hectare	ha	1 ha = 1 hm² = 10⁴ m²
volume	litre	L	1 L = 1 dm³ = 10³ cm³ = 10^-3 m³
masse	tonne	t	1 t = 10³ kg

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Question focus (Restez dans le cadre !)

Associer les 7 grandeurs à leur unité SI

intensité lumineuse

temps

longueur

température

quantité de matière

Intensité du courant électrique

masse

Former les bons couples par glisser-déposer ou clics successifs.

3. Multiples et sous-multiples des unités SI

Facteur	Nom	Symbole	Facteur	Nom	Symbole
10¹	deca	da	10^-1	deci	d
10²	hecto	h	10^-2	centi	c
10³	kilo	k	10^-3	milli	m
10⁶	mega	M	10^-6	micro	µ
10⁹	giga	G	10^-9	nano	n
10¹²	tera	T	10^-12	pico	p
10¹⁵	peta	P	10^-15	femto	f
10¹⁸	exa	E	10^-18	atto	a
10²¹	zetta	Z	10^-21	zepto	z
10²⁴	yotta	Y	10^-24	yocto	y
10²⁷	ronna	R	10^-27	ronto	r
10³⁰	quetta	Q	10^-30	quecto	q

Il est utile de connaître les puissances de 10 associées à ces préfixes pour convertir.

Pour des conversions simples :
1 cm = 10^-2 m ; 250 nm = 250·10^-9 m ; 2,3 MW = 2,3·10⁶ W .........

Pour des conversions complexes :
2,3 cm³ = 2,3 (cm)³ = 2,3 (10^-2m)³ = 2,3·10^-6 m³
1 lm/cm = (1 lm)/(10^-2 m) = 10² lm/m
5000 µs^-1 = 5000 (10^-6 s)^-1 = 5·10⁹ s^-1

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