Balance du watt

Le principe de la balance du watt a été proposé en 1976 par B.P. Kibble. La mesure se déroule en deux phases, l'une dite statique, l'autre dynamique.
  • Phase statique

Elle consiste à équilibrer, le poids d'une masse m placée dans le champ de pesanteur g par la force de Laplace qui s'exerce sur une longueur l d'un conducteur parcouru par un courant I et placé dans un champ d'induction magnétique homogène B. Moyennant une hypothèse de configuration géométrique parfaite, l'équilibre de la balance se traduit par l'équation mg = B.l.I

Dans cette équation, la détermination expérimentale du produit B.l reste délicate et son incertitude de mesure est bien supérieure à l'incertitude relative de 10-8 recherchée. On remédie à cette difficulté en effectuant une mesure de ce produit B.l en phase dynamique.

  • Phase dynamique

Cette phase consiste à déplacer à vitesse constante v, le même conducteur de longueur l dans le même champ magnétique B suivant une trajectoire verticale. La force électromotrice induite E aux bornes de ce conducteur s'écrit E = B.l.v

En éliminant le produit B.l entre ces deux équations, on arrive à m.g.v = E.I

Elle exprime simplement l'égalité entre la puissance mécanique figurant dans le membre de gauche avec la puissance électrique apparaissant dans le membre de droite.

Dans la pratique, le courant I est déterminé en mesurant la valeur d'une résistance R placée en série dans le montage et traversée par le courant I et la différence de potentiel V aux bornes de cette résistance. Par ailleurs, les valeurs des tensions V et E et de la résistance R sont mesurées par référence à l'effet Josephson et à l'effet Hall quantique en attribuant à la constante de Josephson KJ (= 2e/h) et à la constante de Von Klitzing RK (= h/e²) les valeurs conventionnelles KJ-90 et RK-90. Il en résulte que la masse m et la constante de Planck h sont liées par l'expression m.g.v = A.h

Cette expérience établit un lien entre une masse macroscopique m, raccordée au prototype international du kilogramme et une constante physique invariable h.

Cette détermination ouvre à terme la possibilité d'une redéfinition du kilogramme à partir d'une valeur conventionnellement exact de h, similaire dans l'esprit à la définition actuelle du mètre.