Unité de force électromotrice et de différence de potentiel (symb. V).
Le volt est la différence de potentiel électrique qui existe entre deux points d’un fil conducteur transportant un courant de 1 ampère, lorsque la puissance dissipée entre ces points est égale à 1 watt. Pour réaliser le volt en mesure absolue, c’est-à-dire pour contrôler l’exactitude d’un étalon de force électromotrice sans se référer à un étalon déjà connu, le procédé le plus exact passe par la détermination préalable des étalons de l’ohm, unité de résistance électrique ; cette détermination se fait par l’intermédiaire d’une capacité électrique calculable ou d’une inductance calculable et peut bénéficier ainsi d’une précision expérimentale bien meilleure qu’il ne serait possible par la mesure directe d’une puissance que semblerait exiger la définition du volt. Il faut aussi avoir réalisé l’ampère à la balance de courant. Lorsqu’un courant de 1 ampère est transporté par une résistance de 1 ohm, la différence de potentiel produite est de 1 volt. Cette différence de potentiel ainsi connue sert à étalonner la force électromotrice de piles électriques, ou éléments voltaïques, qui sont conservées pour être utilisées ensuite comme étalons. Les éléments les meilleurs pour cet usage sont du type Weston. Ce sont des piles électriques enfermées dans une enceinte de verre scellée ; l’anode est en mercure ; la cathode est en amalgame à 10 p. 100 de cadmium ; l’électrolyte est une solution saturée de sulfate de cadmium, et le dépolarisant placé sur l’anode est une pâte à base de sulfate mercureux ; les contacts sur les électrodes sont des fils de platine qui traversent le verre. La force électromotrice est d’environ 1,018 volt ; sa valeur exacte pour chaque pile est mesurée soit par la mesure absolue décrite précédemment, soit par comparaison à une pile préalablement étalonnée, toujours au moyen d’un potentiomètre, qui permet de mesurer le rapport de deux différences de potentiel.
Les éléments Weston étalonnés, avec les résistances étalons de 1 ohm, sont les étalons de départ de toutes les mesures de grandeurs électriques. Aussi, tous les trois ans, le Bureau international des poids et mesures rassemble les étalons des principaux laboratoires d’étalonnage du monde, les compare et vérifie qu’ils sont bien en accord afin d’assurer l’uniformité internationale des mesures électriques. Tous les éléments Weston, même sélectionnés en vue de servir d’étalons de force électromotrice, subissent une dérive, c’est-à-dire que leur valeur ne reste pas constante ; on les groupes par une ou quelques dizaines, on les compare périodiquement les uns aux autres et l’on admet que leur moyenne est assez bien constante, à quelques millionièmes près par an, à la condition d’éliminer ceux qui dérivent en s’écartant trop vite de la moyenne.
La découverte, datant de quelques années, de l’effet Josephson offre la précieuse possibilité, mise en œuvre déjà par certains laboratoires et par le Bureau international des poids et mesures, de reproduire une même force électromotrice à tout moment en se référant à des constantes atomiques invariables par nature, et de corriger ainsi les dérives éventuelles des étalons de force électromotrice. Le phénomène utilisé est le suivant. Deux couches métalliques supraconductrices séparées par une couche isolante mince (épaisseur inférieure à 1 nm) et maintenues à basse température (moins de 4 K par exemple) constituent ce qu’on appelle une jonction Josephson ; un courant électrique entretenu à travers cette jonction produit entre les deux couches métalliques une différence de potentiel V qui est une fonction inhabituelle de l’intensité du courant : lorsque la jonction est irradiée par des ondes électromagnétiques de fréquence v, cette différence de potentiel ne peut prendre que des valeurs multiples de ΔV = h v/2e, h étant la constante de Planck et e la charge électrique de l’électron ; le volt peut être ainsi reproduit à mieux qu’un millionième avec la valeur
2e/h = 483 594,0 GHz/V.
Ce phénomène est l’un de ceux qui ont valu à Brian D. Josephson (né en 1940) le prix Nobel de physique 1973, partagé avec Leo Esaki (né en 1925) et Ivar Giaever (né en 1929).
J. T.
➙ Ampère / Ohm.
