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La température

La température définit le degré d'agitation des particules qui composent un système. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre et est l'objet de la thermométrie.

Origine physique

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

Lorsqu'on met deux corps en contact, ils échangent de la chaleur : 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 est communément appelé chaleur. Ces transferts d'énergie mènent spontanément à un état d'équilibre thermique où les deux corps en présence ont la même température.

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).

Température thermodynamique

Le fait est que tous corps en contact ayant des températures différentes échangent de l'énergie de manière à atteindre un état d'équilibre pour lequel les températures finales sont identiques. C'est l'équilibre thermique. Il suffit donc de connaître et de savoir quantifier parfaitement l'état thermique d'une classe de corps physique particulière pour étendre la définition de température à tous les objets physiques. C'est ce qui est fait avec la notion de gaz parfait: pour un gaz parfait, la température (dans ce cas appelée cinétique) est proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des particules ou encore à l'énergie interne du gaz.

On peut alors définir la température thermodynamique d'un corps comme étant celle qu'il acquiert lorsqu'il est en contact et en équilibre thermique avec un gaz parfait. C'est le principe de thermométrie.

Unité et échelles de mesure

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 ^[1]. Le zéro absolu, correspond à une absence totale d'agitation microscopique et à une température de -273,15 °C. Cette unité permet de définir une échelle absolue des températures.

Article détaillé : Kelvin.

le Celsius: c'est le Kelvin à laquelle on ajoute 273,15 K ^[2]. 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 d'ébullition de l'eau et 100 degrés centigrades correspond à la température de la glace fondante 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 : Rankine.

Conversion entre ces trois échelles:

Formules de conversion générales:

Celsius $\Longleftrightarrow$ kelvin $\Longleftrightarrow$ Fahrenheit :

$\frac{T_{Celsius} - 0}{100} = \frac{T_{Kelvin} - 273,15}{100} = \frac{T_{Fahrenheit} - 32}{180} \,$

Celsius $\Longleftrightarrow$ Réaumur $\Longleftrightarrow$ Rankine :

$\frac{T_{Celsius} - 0}{100} = \frac{T_{Reaumur} - 0}{80} = \frac{T_{Rankine} - 32 - 459,67}{180} \,$

kelvin $\Longleftrightarrow$ degré celsius:

$T_{Celsius} = T_{Kelvin} - 273,15 \,$

$T_{Kelvin} = T_{Celsius} + 273,15 \,$

kelvin $\Longleftrightarrow$ degré fahrenheit:

$T_{Fahrenheit} = \frac{9}{5} \cdot T_{Kelvin} - 459,67$

$T_{Kelvin} = \frac{5}{9} \cdot (T_{Fahrenheit} + 459,67)$

degré celsius $\Longleftrightarrow$ degré fahrenheit:

$T_{Fahrenheit} = 32 + \frac{9}{5} \cdot T_{Celsius}$

$T_{Celsius} = \frac{5}{9} \cdot (T_{Fahrenheit} - 32)$

Autres domaines

Dans le domaine de la météorologie, la température s'écrit T° et on parle de T° éolien, pour exprimer la température ressentie sous l'effet du vent, aussi connu sous température subjective, impression de chaud ou froid, ou encore température au vent, voir en détail le 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 avec un thermomètre sur lequel de l'eau s'évapore. On utilise généralement de la mousse mouillé que l'on ventile. La température humide est toujours inférieure à la température sèche, elle sont d'autant plus égale que l'humidité relative est proche de 100%.

En médecine on mesure la température corporelle.

Pour les corps (entité) composés de plusieurs phases (Ex : de l'air humide : liquide dans un gaz) on parle de gradient adiabatique.