Température

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Un hiver en Finlande : le thermomètre indique une température de -17 °C.
La température est la mesure du froid ou de la chaleur. Elle est mesurée par un thermomètre qui a des graduations correspondant à une échelle de température.

La température et la chaleur ne sont pas la même chose. La chaleur est de l'énergie qui va de quelque chose qui se refroidit à quelque chose d'autre qui se réchauffe. Un objet peut avoir une température très haute, mais contenir peu de chaleur parce qu'il est petit.

Représentation de la vibration thermique d'un segment d'hélice alpha protéique : l'amplitude de la vibration augmente avec la température.

Les scientifiques ont trouvé que la température correspond à une agitation moléculaire. La température est directement liée à la vitesse moyenne des molécules composant un objet. Plus cette vitesse est élevée, plus l'objet paraît chaud ; et plus cette vitesse est faible, plus l'objet paraît froid. Le zéro absolu est le point pour lequel les vitesses sont totalement nulles (en principe).

Températures repères[modifier | modifier le wikicode]

Certaines températures faciles à déterminer ont servi de repère aux échelles de température :

  • l'eau gèle à 0 °C ;
  • la température du coprs humain est d'environ 37 °C ;
  • l'eau bout à 100 °C ;
  • la température la plus froide possible est le zéro absolu, c'est-à-dire 0 kelvin ou -273,15 °C.

Température et chaleur[modifier | modifier le wikicode]

La quantité de chaleur qu'il faut pour chauffer un objet d'un degré est appelée sa capacité thermique. Une maison avec des murs épais a une capacité thermique plus grande qu'une maison de même taille avec des murs minces : elle se réchauffe et se refroidit moins vite.

La température est un aspect important de la météo et du climat. Elle varie entre le jour et la nuit.

Échelle de Celsius[modifier | modifier le wikicode]

On doit l'échelle de température du degré Celsius à Anders Celsius (1701 – 1744), un astronome suédois. Cette échelle choisit le point de congélation de l'eau pure comme étant égale à zéro degré Celsius. L'autre point est le point d'ébullition de l'eau pure, à une pression égale à une atmosphère. Ce point reçoit la température de 100 °C. Il suffit ensuite pour fabriquer cette calibration de diviser cet intervalle en 100 parties égales et de faire correspondre chaque degré avec une certaine dilatation d'un liquide, mercure ou alcool, emprisonné dans un tube en verre.

Un degré Celsius est précisément égal à un Kelvin, l'échelle officielle utilisée par les scientifiques.

L'échelle de Celsius a été adoptée de nos jours dans tous le monde, sauf aux États-Unis.

Il existe encore d'autres échelles, mais elles ne sont plus utilisées. En fait, il est pratiquement facile de construire une échelle de température : il suffit de choisir deux points et de diviser l'intervalle en autant de parties que l'on veut pour définir le degré.

Le Kelvin[modifier | modifier le wikicode]

Le Kelvin (dont le symbole est simplement "K") est une échelle de mesure de température inventée par Lord Kelvin. Dans cette mesure, 1 kelvin est équivalent à 1 degré Celsius, seulement, le zéro n'est pas à 0 degrés Celsius mais à -273,15 °C, une température que l'on appelle le "zéro absolu", elle se caractérise en effet par l'absence d'énergie et de mouvement.

C'est la température 0°K minimale possible en refroidissant avec les meilleures méthodes possibles, qui parviennent à 1 millionième de ce 0°K .

Pour refroidir on utilise souvent dans un frigo la propriété qu'un gaz comme l'air sous pression en se détendant vers une basse pression se refroidit. En sens inverse en comprimant de l'air on le chauffe, comme on constate en gonflant un pneu de vélo avec une pompe à main on finit par se bruler la main sur la pompe.

L'air qui monte en altitude se décomprime et donc se refroidit comme on constate en montant dans les montagnes, par exemple au niveau de la mer s'il fait 20°C à 2000m il fait environ 0°C grossièrement.

De même l'évaporation d'un liquide comme l'eau, l'ammoniaque, les fréons refroidit fortement. En sortant d'une baignade le vent fort sec comme le mistral refroidit l'eau sur la peau, par exemple de -10°C en moins, En sortant d'une eau à .20°C les gouttes qui s'évaporent sur la peau passent à 10°C bien froid, qui fait grelotter.

L'étude approfondie des gaz a permis d'établir la thermodynamique.

Dans le vide interstellaire très très loin du soleil la température est très basse de 2,7°K, mais pas nulle et elle est fixée par le rayonnement micro-onde primordial dans tout l'espace de notre univers interstellaire très étudié par les astronomes, car il est très uniforme dans toutes les direction de l'espace et il est le souvenir de notre univers à ses début il y a 13,6 milliards d'années, qui par suite de son expansion se refroidit depuis son début.

Pour convertir degré Celsius en Kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 au nombre en Celsius et inversement, Sur Terre, la température moyenne est de 15 °C soit 288 K. Elle est fixée par un bilan thermique complexe entre lumière reçue du soleil, ce qui se passe dans notre atmosphère et le rayonnement infrarouge de notre terre vers l'espace.

Le kelvin est l'unité de température du système international d'unités. C'est donc celle qui est utilisée en science car son zéro est celui minimum possible lorsqu'on refroidit la matière comme les gaz, liquides et solides qui présentent des changements d'états nombreux comme gaz, liquides puis solides en général, comme pour l'eau mais à d'autres températures.

Par exemple l'air devient liquide à des températures différentes pour ses différents gaz surtout azote et oxygène. L'hydrogène gaz le plus léger devient liquide puis solide à bien plus basse température de 20°K puis solide à 14°K .

Le gaz hélium devient liquide à 4,22°K, mais reste liquide jusqu'au zéro absolue et il faut le comprimer à environ 30Bars pour qu'il devienne solide. Cet hélium devient superfluide vers 2,18°K, c'est à dire avec des écoulements sans aucun frottement visqueux même dans des nano-pores. L'origine physique de cette l'absence de solide pour l'hélium à faible pression et aussi de sa superfluidité vient de l'agitation quantique même au zéro absolue 0°K, qui en bougeant trop les atomes d'hélium le laissent à l'état liquide. Cette agitation résiduelle quantique très cohérente sans dissipation même au 0°K est très différente de l'agitation thermique à température finie qui est incohérente avec dissipation et viscosité.

Pour cette raison la température absolue est un paramètre important pour se repérer dans le sujet traité, par exemple en thermodynamique, ou en astronomie pour mesurer les températures des planètes. Le soleil rayonne à sa surface à 6000°K où tous les corps sont gazeux.

De plus la température absolue est définie par les mesures thermodynamiques de façon indépendante des matériaux et méthodes utilisés pour la mesurer qui sont très variables.

On utilise un thermomètre à dilatation d'un liquide mercure ou alcool à température ordinaire de notre vie, ou la tension électrique de thermocouples, mais à très basse température on utilise les énergies calorifiques pour mesurer en calculant les propriétés thermodynamiques de base. A très haute température on utilise le rayonnement thermique visible ou celui infrarouge à température ordinaire par exemple pour voir sur un écran les pertes de chaleur dans les maisons mal isolées.

Échelle de Fahrenheit[modifier | modifier le wikicode]

Il existe d'autres échelles de température, comme l'échelle du degré Fahrenheit. Elle est principalement utilisée de nos jours aux États-Unis. Cette échelle a été construite par le physicien allemand Gabriel Fahrenheit (1686–1736). Cette température choisit le zéro comme la température la plus basse que Fahrenheit a pu mesurer (il voulait éviter les nombres négatifs dans la mesure des températures) ; la température de 100 °F était, quant à elle, choisie comme étant la température de son corps. Dans cette échelle, l'eau gèle à 32 °F et bout à 212 °F, soit un écart de 180 °F, ce qu'il a trouvé fort pratique.

  • Pour passer de degrés Celsius à degrés Fahrenheit : Multiplier les degrés Celsius par 1,8, puis ajouter 32.
  • Pour passer de degrés Fahrenheit à degrés Celsius : Prendre les degrés Fahrenheit, soustraire 32, puis diviser le résultat par 1,8.

Température et biologie[modifier | modifier le wikicode]

La température est un élément important chez les animaux. Les animaux homéothermes sont les animaux qui ont une température corporelle constante. L'être humain est un homéotherme. Notre température normale est de 37 °C. Lorsqu'on a de la fièvre, cette température augmente. La fièvre permet de lutter contre une infection, une maladie. Toutefois, une trop forte température interne peut, être, dangereuse pour la santé au dessus de 40°C..

Par exemple le venin des méduses est thermolabile c'est à dire décomposé à des températures entre 40°C et 50°C à la limite du supportable pour notre peau en surface. Ainsi piqué par une méduse dans la mer, en sortant, il suffit de chauffer au dessus de 40°C et à moins de 50°C la brulure pour décomposer le venin et voir disparaître les douleurs et même les cloques en quelques minutes, juste avec un sèche cheveux en général conçu pour chauffer sans bruler à cette température. On peut chauffer avec tout autre moyen papier chauffé un peu, mai si on utilise de l'eau chaude plutôt de mer il faut vérifier qu'elle n'est pas trop chaude à plus de 50°C car alors la brulure peut être très dramatique et très dangereuse finissant à l'hôpital. Un léger papier fin chauffé un peu par une flamme ou une cigarette ne brulera pas car il a une trop faible capacité calorifique contrairement à de l'eau. Un sèche cheveux ordinaire pour cheveux ne brule pas, sauf s'il est fait pour fondre des métaux plomb étain pour des soudures à 250°C et pas pour des cheveux du tout..

D'autres animaux ne régulent pas leur température. Dans l'échelle de l'évolution, seuls les animaux les plus développés régulent leur température, ce sont les homéothermes. Les lézards, par exemple, ne régulent pas leur température. Ils deviennent pour cette raison, immobiles ou très ralentis lorsqu'il fait froid.

Température ressentie[modifier | modifier le wikicode]

La température ressentie est une estimation qui compare l'effet du vent sur les personnes avec une température plus basse qui refroidirait autant sans vent. L'effet de température ressentie est dû à ce que les minces couches d'air réchauffées qui, en temps normal, protègent la peau en isolant de la température extérieure sont chassées plus vite lorsqu'il y a du vent et le corps en perdant beaucoup plus d'énergie calorifique ressent une température plus froide.

L'air immobile est un bon isolant mais en mouvement il emporte la chaleur du corps.

On estime que par tranches de 5 Km/h de la vitesse du vent la température ressentie s'abaisse de deux degrés. Par exemple si le thermomètre indique -5 °C, la température ressentie sera de -7 °C si la vitesse du vent est de 5 Km/h, mais elle sera de -11 °C si le vente souffle à 15 km/h.

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