Température, Thermomètre et échelles de température

La température est une grandeur scalaire qui mesure la chaleur (chaud, froid) d’un système thermodynamique (un objet, une substance, etc..,). Bien que les deux concepts soient liés, la température n’est pas la même chose que la chaleur. La température est une variable qui permet de décrire un système thermodynamique, la chaleur est une forme de transfert d’énergie.

Sans entrer dans les détails, la température est associée au niveau microscopique à l’énergie cinétique (vitesse) des molécules. La structure microscopique de la matière n’était pas encore connue lorsque la Thermodynamique classique fut développée, nous pourrons donc utiliser cette grandeur sans étudier en détail sa relation avec les atomes et les molécules qui constituent un système thermodynamique.

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Le dispositif utilisé pour mesurer la température s’appelle un thermomètre. Un thermomètre doit avoir les éléments suivants: un capteur de température et une échelle. Le capteur de température mesure généralement la variation d’une propriété thermique d’une substance (une propriété physique qui varie avec la température, comme la densité, la résistance éléctrique, etc). L’échelle permet de convertir cette variation en une valeur numérique.

Le principe zéro de la thermodynamique permet de définir la notion de température:

Si deux corps sont en équilibre thermique avec un troisième, ils sont en équilibre thermique entre eux.

Pour définir une échelle de température, il faut disposer de points fixes qui sont facilement reproductibles. Les points fixes sont arbitraires mais doivent toujours être à la même température. Cela permet d’assurer que tous les thermomètres sont calibrés de la même façon.

L’échelle de température la plus utilisé mondialement est l’échelle Celsius. Historiquement, cette échelle avait deux points fixes, qui s’écrivent comme 00C et 1000C, et était divisée en cent degrés. Ces deux points correspondaient aux température de fusion et d’ébullition de l’eau à une pression d’une atmosphère. Depuis le 20 Mai 2019, l’échelle Celsius a été redéfinie à partir de la constante de Boltzmann.

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L’unité de température du Système International est le kelvin (K). L’échelle Kelvin est aussi appelée l’échelle absolue de température, car le zéro de cette échelle est le zéro absolu, c’est à dire la température pour laquelle le mouvement thermique des molécules cesse. Par conséquent, Il ne peut pas y avoir de températures inférieures à celle-ci. La relation entre l’échelle absolue de température (Kelvin) et l’échelle Celsius est:

Pour simplifier, les 0.15 sont généralement omis dans la conversion entre les deux échelles et on a alors:

Vous pouvez constater que le symbole du degré n’est pas utilisé lorsque la température est exprimée en kelvin, et que l’abréviation de l’unité (K) s’écrit en majuscule car elle provient du nom d’une personne.

Si vous souhaitez avoir plus d’information sur la définition du kelvin, vous pouvez consulter la page du Bureau International des Poids en Mesures (BIPM).

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