La température

Salut, ça va ? il fait chaud dehors ? Bah il doit faire 25°C…

 

La température est une notion que l’on utilise tous les jours parce qu’on la ressent mais comment
peut on la mesurer ? Facile, avec  un thermomètre ! Le principe est très simple : la pression (P), la température (T) et le volume (V) d’un fluide (gaz ou liquide) sont 3
grandeurs liées. Si on fixe une de ces  trois grandeurs à une valeur constante, la mesure de la deuxième permet le calcul de la troisième. C’est pas clair ? Si je prends du Mercure, que
je le place dans un tube à une pression fixe, il suffit de mesurer le volume (donc la hauteur du liquide dans le tube) pour en déduire la température. Pourquoi le mercure ? parce que c’est
un liquide qui se dilate très facilement quand la température augmente et ça s’observe à l’œil nu facilement (le seul problème c’est que c’est dangereux et nocif pour la santé (c’est pour cela
que les thermomètres au mercure sont maintenant interdits), mais on peut aussi utiliser de l’alcool). Si vous tentez de faire la même chose avec de l’eau, il faudra un microscope pour voir une
élévation de 1°C.

 

Pour la référence de l’unité, on a fait dans le super facile : sous une pression de une atmosphère (pression atmosphérique) au niveau de la mer, l’eau
bout à 100°C et gèle à 0°C. C’est l’échelle de Celsius inventée en 1742 par Anders Celsius, astronome suédois . De cette manière tout est défini car cette échelle « pratique » est une
unité différentielle : c’est-à-dire que l’on considère une différence (entre 0°C et 100°C). C’est pour cela que les températures peuvent être négatives. C’est l’inverse d’une mesure absolue
qui possède un « zéro » infranchissable, on ne peut pas avoir une longueur de 0 centimètre ou une durée de 0 seconde !

 

Vous allez me dire, chouette, une unité physique facile en fait ! Eh bien ça dépend, car l’unité de la température en physique, c’est de kelvin (K),
attention on ne dit pas « degré kelvin » car c’est une unité absolue et pas de majuscule car c’est une unité SI (Système International d’unité ou plus simplement système métrique) même
si son inventeur, Lord Kelvin, prend une majuscule car c’est un nom propre. En passant « Lord Kelvin » n’est qu’un titre britannique, son véritable nom est William Thomson, qui est à
l’origine du second principe de la thermodynamique. La conversion Celsius-kelvin est plus que simple : il suffit de retrancher 273,15° à la température en Celsius pour obtenir des kelvins.
Donc quand il fait 20°C, il fait 293,15K, l’eau bout à 373,15K et gèle à 272,15K. Evidemment la question naturelle qui vient est : « d’où sort le 273,15 : pas du chapeau de Lord
Kelvin ! ». La réponse tombe sous le sens, le kelvin n’est qu’une translation de l’échelle Celsius de manière à faire coïncider le zéro kelvin au zéro absolu.

 

Le zéro absolu (donc 0K), est la température limite au dessous de laquelle on ne peut pas descendre,
dire que de la matière est à 0K est aussi idiot que de dire qu’un objet mesure 0 cm, ce n’est pas possible ! Au sens microscopique, la température est en fait définie par une agitation
moléculaire : plus les particules bougent dans tous les sens, plus il fait chaud. C’est comme lorsqu’on fait du sport, on se réchauffe car on fournit un effort, de l’énergie, qui se traduit
par un dégagement de chaleur. Si on ne bouge pas dans le froid, on a froid, si on court, on a chaud. Les particules aussi ! Le zéro absolu est défini comme étant la température à laquelle
plus aucune chaleur ne peut être tirée du corps. La température minimale jamais atteinte en laboratoire par les physiciens est de l’ordre du micro kelvin (un millionième de kelvin au dessus du
zéro absolu), ce qui correspond donc à –273,15°C.

 

Il y a aussi nos confrères anglo-saxons qui parlent en degrés Fahrenheit (°F) car ils ne peuvent
jamais faire comme tout le monde… Pour la conversion Celsius Fahrenheit, prenez votre calculette : on prend la température en degré Celsius, on retranche 273,15, on multiplie par 1,8 et on
retranche 459,67 : facile non ?

 

Voilà quelques températures typiques dans notre monde et notre histoire : (peut-être convertir
aussi en degrés ?)

–         La température dans
l’espace, loin de toutes étoiles est environ de 2,7K en ce moment

–         La température moyenne
à la surface de notre planète est de 15°C

–         La température du corps
est en moyenne de 37,6°C

–         La température moyenne
à la surface du soleil est de 6000K

–         La température au cœur
du soleil est de 15 000 000K

–         La température au
moment de la collision des faisceaux de particules dans le futur accélérateur de particule du CERN, le LHC, sera de 10 000 000 000 000K, soit la température un millionième de seconde après le BIG
BANG où la température chute de manière gigantesque pour descendre jusqu’à cette température (10 milles milliards de degrés)

–         La température de
l’univers 10^-43 seconde après le BIG BANG est de 100000000000000000000000000000000K (10³²K)