Température

Latempératureest unegrandeur physiquemesurée à l’aide d’unthermomètreet étudiée enthermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée auxsensationsdefroidet dechaud, provenant dutransfert thermiqueentre le corps humain et son environnement. Enphysique, elle se définit de plusieurs manières : comme fonction croissante du degré d’agitation thermiquedes particules (enthéorie cinétique des gaz), par l’équilibre des transferts thermiques entre plusieurssystèmesou à partir de l’entropie(enthermodynamiqueet enphysique statistique). La température est une variable importante dans d’autres disciplines :météorologieetclimatologie,médecine, etchimie.
L’échelle de température la plus courante est ledegré Celsius, dans laquelle la glace (formée d'eau) fond à0°Cet l'eau bout à environ+100°Cdans lesconditions standard de pression. Dans les pays utilisant lesystème impérial (anglo-saxon)d’unités, on emploie ledegré Fahrenheit, tel que la glace fond à+32°Fet l'eau bout à+212°F. L’unité duSystème international d'unités(SI), d’utilisation scientifique et définie à partir duzéro absolu, est lekelvindont lagraduationest identique à celle desdegrés centigrades.
La température ne peut être définie que pour des objets composés de nombreuses particules qui interagissent fortement : unatomeseul n'a pas de températureet un gaz extrêmementraréfié(dans lequel les chocs desmoléculescontre les parois sont plus fréquents que les chocs entre molécules) non plus.
Les particules qui composent lamatière(moléculesouatomes) sont perpétuellement en mouvement et possèdent donc une certaineénergie 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 lalumièrese propage contient lui aussi de l'énergie. Dans de bonnes conditions, 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 ducorps noirdont un exemple est donné par lesétoilesdont le rayonnement révèle la température des atomes qui sont à sa surface.
Lorsque deux corps entrent 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, ensciences physiques, est appeléchaleur.
Pour les gaz, lathéorie cinétiquedéfinit la température comme suit :
où :
Ces transferts d'énergie mènent spontanément à un état d'équilibre thermiqueoù les deux corps en présence ont la même température.
Dans les domaines de laphysiqueet de lachimie, il est courant de parler detempérature ordinairepour une température courante, moyenne. Par exemple, on dit « l'eau est liquide à la température ordinaire ». Mais cette dénomination n'est pas très formalisée et la valeur de latempérature ordinaireest rarement précisée (le plus souvent évaluée de manière commune de18à25°C).
Latempérature normalesignifie en général le 0 de l'échelle courante : c'est le plus souvent0°C.
Enthermodynamique, la température est définie à partir de l'énergietotale d'un système (appelée dans ce contexteénergie 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 detempérature thermodynamique, qui se mesure enkelvins(de symbole K) et dont le minimum est lezéro absolu, inaccessible en pratique du fait de propriétésquantiques. Le record de450pK(soit0,45nKou0,000 000 000 45K), c'est-à-dire−273,149 999 999 55°C, est atteint en 2003au laboratoire de recherches duMassachusetts Institute of Technology(MIT) par une équipe codirigée par le prix Nobel de physiqueWolfgang Ketterle.
Dans certaines expériences de physique, le calcul de la température au moyen de sadéfinition thermodynamiquepeut exceptionnellement aboutir à des valeurs négatives. Ces valeurs négatives sont extrêmement faibles (de l'ordre de quelques picokelvins à quelques nanokelvins). Elles apparaissent dans la mesure de certains systèmes quantiques très particuliers dont l'entropie, après avoir atteint un maximum, se met àdiminuerà mesure qu'on leur ajoute encore de l'énergie. Le signe moins traduit donc le fait que la variation utilisée dans la formule s'est inversée. Les échantillons pour lesquels on mesure de tellestempératures absolues négativesne sont pas « plus froids » que le zéro absolu puisqu'ils fourniraient de la chaleur à tout autre système qui viendrait à leur contact. Les températures absolues négatives ne signifient pas non plus que la température est passée à un moment quelconque par le zéro absolu,« ce dernier restant impossible à atteindre ».
Pour créer une échelle de température, les scientifiques de l'Antiquité ont recherché deux cas opposés, le « froid » et le « chaud ».
En1720, le scientifique allemandGabriel Fahrenheitinvente lethermomètre à mercureet l'utilise pour définir l'échelle Fahrenheit, dans laquelle32°Fcorrespond à la température minimale et212°Fau maximum.
En1741, le physicien suédoisAnders Celsiusinvente la gamme Celsius, qui comprend cent intervalles, lesdegrés Celsius(notés « °C »). Dans cette échelle,0°Cest la température la plus basse, qui correspond au point de congélation de l'eau et100°Cest la plus élevée, qui correspond au point d'ébullitionde l'eau.
À la fin duXIXsiècle, le scientifique britanniqueLord Kelvinsuggère l’idée de créer une échelle où le zéro serait le point le plus bas, c'est-à-dire où la température ne pourrait pas baisser davantage : lezéro absolu. Les physiciens savent que cette température existe à−273,15°C, ce qui, une fois atteint, ne permettait pas auxatomesde bouger. Ainsi, le « zéro » est pris à−273,15°C. Cette nouvelle convention est officialisée en1960.
L'unité légale de température dans leSystème internationalest lekelvinde symbole «K» (à 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 est défini à partir dupoint triplede l'eau : un kelvin est égal à1/273,16 foisla température du point triple de l'eau. Lezéro 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 (considérer 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.
C'est le kelvin auquel on retire273,15K. Son unité est le°C. Elle est une simple translation de l'échelle absolue (voir ci-après). La température du point triple de l'eau y a donc pour valeur0,01°C.
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.
Son symbole est « °F ». Elle attribue une plage de180°Fentre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par unefonction affine(voir ci-après). Elle fixe le point de solidification de l'eau à+32°Fet le point d'ébullition à+212°F.
C'est une simplehomothétiede l'échelle absolue avec unfacteur 9/5(voir ci-après).
Le tableau ci-dessous résume les formules permettant de convertir une température entre les différentes échelles.
Dans le domaine de lamétéorologie, la température de l'atmosphères'écrit souventT°. À proximité du sol, elle est prise sous un abri, le plus courant est l'abri Stevenson, à deux mètres du sol. Elle se mesure également en altitude à l'aide deradiosondes. Deux types de températures sont mesurées:
L'instrument utilisé pour mesurer simultanément températures sèche et humide est lepsychromètre. Sur un diagramme de l'air humide, la courbe de température constante est une droite verticale.
D'autre part, le vent et l'humidité font varier latempérature ressentiepar le corps. Des indices ont été développés pour rendre compte de cette sensation. Il y a lerefroidissement éolienpour exprimer la perte de chaleur sous l'effet du vent et plusieurs indices (indice humidexouindice de chaleur) pour l'effet demoiteurlors decanicules. Bien que les valeurs de ces indices soient choisies pour ressembler à une température, elles n'ent sont pas.
Voir aussi :
En ce qui concerne la qualité de l'air intérieur et la santé des individus, une température bien réglée est fondamentale. En effet, trop élevée, elle favorise le développement d'acarienset demoisissures. Bien réglée, elle permet de faire des économies énergétiques et indirectement financières non négligeables
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. VoirTempérature (homonymie)pour plus de détails.
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.