Temperature

Température

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Comparaison des échelles de température : zéro absolu, fusion de la glace et ébullition de l'eau dans les conditions de pression standard.
Échelle °C °F K
Zéro absolu -273,15 -459,67 0
Fusion 0 32 273,15
Ébullition 99,98 212 373,13

La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de chaleur entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules (en théorie cinétique des gaz), par l'équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes ou à partir de l'entropie (en thermodynamique et en physique statistique). La température est une variable importante dans d'autres disciplines : météorologie et climatologie, médecine, en chimie.

L'échelle de température la plus répandue est le degré Celsius, dans laquelle l'eau gèle à 0 °C et bout à environ 100 °C dans les conditions standard de pression. Dans les pays utilisant le système impérial (anglo-saxon) d'unités, on emploie le degré Fahrenheit (gel à 32 °F et ébullition à 212 °F). L'unité du système international d'unités, d'utilisation scientifique et définie à partir du zéro absolu, est le kelvin (nom commun dérivé du nom de William Thomson, Lord Kelvin).

Sommaire

Introduction

Origine physique de la température

L'agitation thermique des molécules d'un gaz donne un aperçu de leur température.

Les particules qui composent un système matériel (molécules ou atomes) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possèdent donc une certaine énergie cinétique. La température est une mesure indirecte du degré d'agitation microscopique des particules.

Par ailleurs, un espace vide de matière mais dans lequel de la lumière se propage contient lui aussi de l'énergie. Dans de bonnes conditions[1], on peut associer une température à ce rayonnement qui mesure l'énergie moyenne des particules qui le constituent. Un exemple important de rayonnement thermique est celui du corps noir dont un exemple est donné par les étoiles dont le rayonnement révèle la température des atomes qui sont à sa surface.

Lorsqu'on met deux corps en contact, ils échangent spontanément de l'énergie thermique : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'énergie cinétique, en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette énergie cinétique microscopique se transmet d'un corps à l'autre. C'est ce transfert d'énergie qui, en sciences physiques, est appelé chaleur. Ces transferts d'énergie mènent spontanément à un état d'équilibre thermique où les deux corps en présence ont la même température.

Vocabulaire

La température ambiante est la température de l'environnement, c'est-à-dire tout l'univers sauf le système considéré.

Néanmoins, en pratique, dans les domaines de la physique et de la chimie, il est courant de parler température ambiante pour une température courante, moyenne. Par exemple, on dit « l'eau est liquide à la température ambiante ». Mais cette dénomination n'est pas très formalisée et la valeur de la température ambiante est rarement précisée (le plus souvent évaluée de manière commune à 25 °C).

Quelques ordres de grandeurs

Article détaillé : Ordre de grandeur (température).

Définition en thermodynamique

Article détaillé : Température thermodynamique.

En thermodynamique, la température est définie à partir de l'énergie totale d'un système (appelée dans ce contexte énergie interne) et du nombre d'états que celui-ci peut posséder pour une valeur fixée de cette énergie, qui est donnée par la notion d'entropie. On parle alors de température thermodynamique.

Mesure de la température : la thermométrie

Article détaillé : Thermométrie.

Histoire de la thermométrie

Échelles de température

L'unité légale de température dans le système international est le kelvin de symbole K (noter l'absence du symbole ° car ce n'est pas une échelle de mesure). Il existe d'autres systèmes de mesures antérieurs et toujours utilisés : les échelles Celsius centigrade, Fahrenheit et Rankine.

le Kelvin 
il est défini à partir du point triple de l'eau : un kelvin est égal à 1/273,16 fois la température du point triple de l'eau[2]. Le zéro absolu, correspondrait à la limite à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de -273,15 °C ; mais on ne peut jamais l'atteindre (Penser que l'entité physique est plutôt 1/T , et on ne peut jamais atteindre l'infini). Cette unité permet de définir une échelle absolue des températures.
Article détaillé : Kelvin.
le Celsius 
c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K[3]. Son unité est le °C. Elle est une simple translation de l'échelle absolue (voir ci-après). Le point triple de l'eau y a donc pour valeur 0,01 °C.
Article détaillé : degré Celsius.
les échelles centigrades 
l'échelle de mesure est telle que 0 et 100 sont fixés. Elle est appelée centigrade car les deux points de référence sont distants de 100°. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui définit l'échelle.
Par exemple dans l'échelle centigrade de Celsius, le zéro correspond à la température de la glace fondante et 100 degrés centigrades correspond à la température d'ébullition de l'eau sous une pression de 1 atmosphère. Ce serait Linné qui aurait inversé l'échelle.
Article détaillé : Degré centigrade.
l'échelle Fahrenheit 
son symbole est °F. Elle attribue une plage de 180 °F entre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par une fonction affine (voir ci-après). Elle fixe le point de solidification de l'eau à 32 °F et le point d'ébullition à 212 °F.
Article détaillé : Fahrenheit.
l'échelle Rankine 
c'est une simple homothétie de l'échelle absolue avec un facteur 9/5 (voir ci-après).
Article détaillé : Échelle Rankine.

Conversion

Le tableau ci-dessous résume les formules permettant de convertir une température entre les différentes échelles.

À partir de : Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine Réaumur
T_{\mathrm{Kelvin}} =~ T_{\mathrm K}~ T_{\mathrm C} + 273,15~ \tfrac{5}{9}\,(T_{\mathrm F}+459,67) \tfrac{5}{9}\,T_{\mathrm{Ra}} \tfrac{5}{4}\,T_{\mathrm{Re}} + 273,15~
T_{\mathrm{Celsius}} =~ T_{\mathrm K} - 273,15~ T_{\mathrm C}~ \tfrac{5}{9}\,(T_{\mathrm F}-32) \tfrac{5}{9}\,(T_{\mathrm{Ra}}-491,67) \tfrac{5}{4}\,T_{\mathrm{Re}}
T_{\mathrm{Fahrenheit}} =~ \tfrac{9}{5}\,T_{\mathrm K} - 459,67 \tfrac{9}{5}\,T_{\mathrm C} + 32 T_{\mathrm F}~
T_{\mathrm{Rankine}} =~ \tfrac{9}{5}\,T_{\mathrm K} \tfrac{9}{5}\,T_{\mathrm C} + 491,67 T_{\mathrm{Ra}}~ \tfrac{9}{4}\,T_{\mathrm{Re}} + 491,67
T_{\mathrm{Reaumur}} =~ \tfrac{4}{5}\,(T_{\mathrm K} - 273,15) \tfrac{4}{5}\,T_{\mathrm C} \tfrac{4}{9}\,(T_{\mathrm{Ra}}-491,67) T_{\mathrm{Re}}~

Comparaison des échelles de température

Comparaison des échelles de température1
Commentaire kelvin2 Celsius centigrade Fahrenheit Rankine Delisle Newton Réaumur Rømer
Zéro absolu 0 −273,15 −459,67 0 559,725 −90,14 −218,52 −135,90
Plus basse température enregistrée à la surface de la Terre3 184 −89 −128,2 331,47 283,5 −29,37 −71,2 −39,225
Mélange eau/sel de Fahrenheit 255,37 −17,78 0 459,67 176,67 −5,87 −14,22 −1,83
Température de fusion de l’eau (à la pression standard) 273,15 0 0 32 491,67 150 0 0 7,5
Température moyenne à la surface de la Terre 288 15 59 518,67 127,5 4,95 12 15,375
Température moyenne du corps humain 309,95 36,8 98,24 557,91 94,8 12,144 29,44 26,82
Plus haute température enregistrée à la surface de la Terre4 331 58 136,4 596,07 63 19,14 46,4 37,95
Température de vaporisation de l’eau (à la pression standard) 373,125 99,975 100 212 671,67 0 33 80 60
Température de fusion du titane 1 941 1 668 3 034 3 494 −2 352 550 1 334 883
Température de la surface du Soleil 5 800 5 526 9 980 10 440 −8 140 1 823 4 421 2 909

1. Certains nombres de ce tableau ont été arrondis.
2. La désignation de l’échelle « kelvin » est tout en minuscules car c’est une unité du Système international, même si elle porte le nom de Lord Kelvin.
3. Enregistrée à la Base antarctique Vostok le 21 juillet 1983
4. Enregistrée à El Azizia en Libye le 13 septembre 1922.

Techniques de mesures de la température

Contrôle de la température

La température en météorologie

Dans le domaine de la météorologie, la température s'écrit souvent T° et on parle de température éolienne, pour exprimer la température ressentie sous l'effet du vent, aussi connue sous température subjective, impression de chaud ou froid, ou encore température au vent (pour plus de détails, voir Refroidissement éolien).

La température sèche correspond à la température classique donné par un thermomètre mais protégé de l'humidité et des radiations. Sur un diagramme de l'air humide, la courbe de température constante est une droite verticale.

On mesure la température humide, ou température du thermomètre mouillé, avec un thermomètre sur lequel de l'eau s'évapore. On utilise généralement de la mousse mouillée que l'on ventile. La température humide est toujours inférieure à la température sèche ; elles sont d'autant plus égales que l'humidité relative est proche de 100 %. L'instrument utilisé pour mesurer simultanément températures sèche et humide est le psychromètre.

Voir aussi :

En biologie et médecine

En physique

Il existe de nombreuses définitions de la température dès que l'objet considéré n'est pas à l'équilibre thermique. On repère par des noms caractéristiques diverses températures signalant un changement brutal de propriétés d'un corps. Voir Température (homonymie) pour plus de détails.

Aspects sociopsychologiques

Selon la culture la chaleur de l'environnement, d'un habitat, de vêtements, d'objets ou de la nourriture évoque différentes choses et favorise différents comportements sociaux. Les mots "chaleureux" ou "froid" ou des expressions telles que "à mains froides cœur chaud" montrent l'importance sous-jacente de la chaleur dans les interactions humaines.

Des expériences ont montré qu'un sujet tenant une tasse de café chaud tend à trouver les autres plus chaleureux et attentionnés que s'il tient un café glacé. Il offrira plus volontiers un cadeau à son entourage après avoir tenu un café chaud, alors qu'il tendra à s'occuper de lui après avoir tenu un café glacé[4].

Notes et références

  1. Lorsque le rayonnement est en état d'équilibre thermodynamique.
  2. Bureau International des Poids et Mesures
  3. Bureau International des Poids et Mesures
  4. Lawrence E. Williams & John A. Bargh ; « Experiencing Physical Warmth Promotes Interpersonal Warmth » ; Science 24 October 2008:Vol. 322. no. 5901, pp. 606 - 607 ; DOI:10.1126/science.1162548

Voir aussi

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