Temperature

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Temperature

Température

Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Température (homonymie).
Comparaison des √©chelles de temp√©rature : z√©ro absolu, fusion de la glace et √©bullition de l'eau dans les conditions de pression standard.
√Čchelle ¬įC ¬įF K
Zéro absolu -273,15 -459,67 0
Fusion 0 32 273,15
√Čbullition 99,98 212 373,13

La temp√©rature est une grandeur physique mesur√©e √† l'aide d'un thermom√®tre et √©tudi√©e en thermom√©trie. Dans la vie courante, elle est reli√©e aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de chaleur entre le corps humain et son environnement. En physique, elle se d√©finit de plusieurs mani√®res : comme fonction croissante du degr√© d'agitation thermique des particules (en th√©orie cin√©tique des gaz), par l'√©quilibre des transferts thermiques entre plusieurs syst√®mes ou √† partir de l'entropie (en thermodynamique et en physique statistique). La temp√©rature est une variable importante dans d'autres disciplines : m√©t√©orologie et climatologie, m√©decine, en chimie.

L'√©chelle de temp√©rature la plus r√©pandue est le degr√© Celsius, dans laquelle l'eau g√®le √† 0 ¬įC et bout √† environ 100 ¬įC dans les conditions standard de pression. Dans les pays utilisant le syst√®me imp√©rial (anglo-saxon) d'unit√©s, on emploie le degr√© Fahrenheit (gel √† 32 ¬įF et √©bullition √† 212 ¬įF). L'unit√© du syst√®me international d'unit√©s, d'utilisation scientifique et d√©finie √† partir du z√©ro absolu, est le kelvin (nom commun d√©riv√© 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 √©changent spontan√©ment de l'√©nergie thermique : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'√©nergie cin√©tique, en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette √©nergie cin√©tique microscopique se transmet d'un corps √† l'autre. C'est ce transfert d'√©nergie qui, en sciences physiques, est appel√© chaleur. Ces transferts d'√©nergie m√®nent spontan√©ment √† un √©tat d'√©quilibre thermique o√Ļ les deux corps en pr√©sence ont la m√™me temp√©rature.

Vocabulaire

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

N√©anmoins, en pratique, dans les domaines de la physique et de la chimie, il est courant de parler temp√©rature ambiante pour une temp√©rature courante, moyenne. Par exemple, on dit ¬ę l'eau est liquide √† la temp√©rature ambiante ¬Ľ. Mais cette d√©nomination n'est pas tr√®s formalis√©e et la valeur de la temp√©rature ambiante est rarement pr√©cis√©e (le plus souvent √©valu√©e de mani√®re commune √† 25 ¬įC).

Quelques ordres de grandeurs

Article d√©taill√© : Ordre de grandeur (temp√©rature).

Définition en thermodynamique

Article d√©taill√© : Temp√©rature 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 temp√©rature : la thermom√©trie

Article d√©taill√© : Thermom√©trie.

Histoire de la thermométrie

√Čchelles de temp√©rature

L'unit√© l√©gale de temp√©rature dans le syst√®me international est le kelvin de symbole K (noter l'absence du symbole ¬į car ce n'est pas une √©chelle de mesure). Il existe d'autres syst√®mes de mesures ant√©rieurs et toujours utilis√©s : les √©chelles Celsius centigrade, Fahrenheit et Rankine.

le Kelvin 
il est d√©fini √† partir du point triple de l'eau : un kelvin est √©gal √† 1/273,16 fois la temp√©rature du point triple de l'eau[2]. Le z√©ro absolu, correspondrait √† la limite √† une absence totale d'agitation microscopique et √† une temp√©rature de -273,15 ¬įC ; mais on ne peut jamais l'atteindre (Penser que l'entit√© physique est plut√īt 1/T , et on ne peut jamais atteindre l'infini). Cette unit√© permet de d√©finir une √©chelle absolue des temp√©ratures.
Article d√©taill√© : Kelvin.
le Celsius 
c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K[3]. Son unit√© est le ¬įC. Elle est une simple translation de l'√©chelle absolue (voir ci-apr√®s). Le point triple de l'eau y a donc pour valeur 0,01 ¬įC.
Article d√©taill√© : degr√© Celsius.
les √©chelles centigrades 
l'√©chelle de mesure est telle que 0 et 100 sont fix√©s. Elle est appel√©e centigrade car les deux points de r√©f√©rence sont distants de 100¬į. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui d√©finit l'√©chelle.
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 d√©taill√© : Degr√© centigrade.
l'√©chelle Fahrenheit 
son symbole est ¬įF. Elle attribue une plage de 180 ¬įF entre la temp√©rature de solidification de l'eau et sa temp√©rature d'√©bullition. On la d√©duit de l'√©chelle Celsius par une fonction affine (voir ci-apr√®s). Elle fixe le point de solidification de l'eau √† 32 ¬įF et le point d'√©bullition √† 212 ¬įF.
Article d√©taill√© : Fahrenheit.
l'√©chelle Rankine 
c'est une simple homothétie de l'échelle absolue avec un facteur 9/5 (voir ci-après).
Article d√©taill√© : √Čchelle Rankine.

Conversion

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

√Ä partir de : Kelvin Celsius Fahrenheit Rankine R√©aumur
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 R√©aumur R√łmer
Z√©ro absolu 0 ‚ąí273,15 ‚ąí459,67 0 559,725 ‚ąí90,14 ‚ąí218,52 ‚ąí135,90
Plus basse temp√©rature enregistr√©e √† la surface de la Terre3 184 ‚ąí89 ‚ąí128,2 331,47 283,5 ‚ąí29,37 ‚ąí71,2 ‚ąí39,225
M√©lange eau/sel de Fahrenheit 255,37 ‚ąí17,78 0 459,67 176,67 ‚ąí5,87 ‚ąí14,22 ‚ąí1,83
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
Temp√©rature de fusion du titane 1 941 1 668 3 034 3 494 ‚ąí2 352 550 1 334 883
Temp√©rature de la surface du Soleil 5 800 5 526 9 980 10 440 ‚ąí8 140 1 823 4 421 2 909

1. Certains nombres de ce tableau ont été arrondis.
2. La d√©signation de l‚Äô√©chelle ¬ę kelvin ¬Ľ est tout en minuscules car c‚Äôest une unit√© du Syst√®me international, m√™me 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

Contr√īle de la temp√©rature

La température en météorologie

Dans le domaine de la m√©t√©orologie, la temp√©rature s'√©crit souvent T¬į et on parle de temp√©rature √©olienne, pour exprimer la temp√©rature ressentie sous l'effet du vent, aussi connue sous temp√©rature subjective, impression de chaud ou froid, ou encore temp√©rature au vent (pour plus de d√©tails, voir Refroidissement √©olien).

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 temp√©rature humide, ou temp√©rature du thermom√®tre mouill√©, avec un thermom√®tre sur lequel de l'eau s'√©vapore. On utilise g√©n√©ralement de la mousse mouill√©e que l'on ventile. La temp√©rature humide est toujours inf√©rieure √† la temp√©rature s√®che ; elles sont d'autant plus √©gales que l'humidit√© relative est proche de 100 %. L'instrument utilis√© pour mesurer simultan√©ment temp√©ratures s√®che et humide est le psychrom√®tre.

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 v√™tements, d'objets ou de la nourriture √©voque diff√©rentes choses et favorise diff√©rents comportements sociaux. Les mots "chaleureux" ou "froid" ou des expressions telles que "√† mains froides cŇďur 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. ‚ÜĎ Lorsque le rayonnement est en √©tat d'√©quilibre thermodynamique.
  2. ‚ÜĎ Bureau International des Poids et Mesures
  3. ‚ÜĎ Bureau International des Poids et Mesures
  4. ‚ÜĎ Lawrence E. Williams & John A. Bargh ; ¬ę Experiencing Physical Warmth Promotes Interpersonal Warmth ¬Ľ ; Science 24 October 2008:Vol. 322. no. 5901, pp. 606 - 607 ; DOI:10.1126/science.1162548

Voir aussi

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