Température

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Gelée matinale en hiver, sur un tronc d'arbre. Cette nuit là, la température est inévitablement passée en dessous de 0°C. Savoie (France).

Dans la vie courante la température est une notion reliée aux sensations de froid et de chaud. Par exemple, quand la température d'un objet est faible, l'objet est plutôt froid au toucher ; c'est le transfert thermique des doigts vers l'objet qui va provoquer cette sensation.

En physique la température est définie comme une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique, ou encore par l'équilibre des transferts thermiques entre plusieurs systèmes. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre et est étudiée par la thermométrie.

[] Introduction

[] Origine physique de la 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 spectaculaire observé dans la nature est le fond diffus cosmologique.

Lorsqu'on met deux corps 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, en sciences physiques, est 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).

[] Quelques ordres de grandeurs

Article détaillé : Ordre de grandeur (température).

[] Définition de la température

Au cours de l'histoire, plusieurs branches de la physique se sont intéressées à la notions de température et en ont proposé des définitions. Plusieurs formalisations sont possible suivant le point de vue adopté. Toutes ces définitions sont cohérentes entre elles.

[] En théorie cinétique des gaz

Dans le cadre d'un gaz monoatomique, la température est reliée à l'énergie cinétique moyenne des particules du gaz par :

$\frack_B T = \left\langle\fracmv^2\right\rangle$ .

[] En physique statistique

La température microcanonique est définie par

$\frac}} = \left(\frac{\partial S}{\partial E}\right)_$

où S est l'entropie du système, E son énergie, V son volume et N le nombre de particules qui le constituent.

Dans l'ensemble canonique, on utilise plutôt la température statistique $? = 1 / (k B T)$ . La définition est la même : le système étudié est mis en contact avec une source de chaleur qui fixe sa température, mais la source de chaleur est considérée comme isolée, donc dans l'ensemble microcanonique.

[] En thermodynamique

Le principe zéro de la thermodynamique permet de définir une température empirique qui peut être ordonnée.

Le second principe de la thermodynamique introduit le zéro absolu.

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 la thermométrie.

De manière plus mathématique et formelle, la température thermodynamique est reliée à la notion d'entropie. On peut ainsi définir pour un système thermodynamique soumis uniquement aux forces de pression :

$T = \left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V$

où U est l'énergie interne du système, S son entropie et V son volume.

[] Mesure de la température : la thermométrie

Article détaillé : Thermométrie.

[] Histoire de la thermométrie

[] Échelles de température

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^[2]. Le zéro 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 (Penser 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.

Article détaillé : Kelvin.

le Celsius: c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K^[3]. 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 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 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 : Échelle Rankine.

[] Conversion

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

À partir de :	Kelvin	Celsius	Fahrenheit	Rankine	Réaumur
$T_} =~$	$T_{\mathrm K}~$	$T_{\mathrm C} + 273,15~$	$\tfrac\,(T_{\mathrm F}+459,67)$	$\tfrac\,T_}$
$T_} =~$	$T_{\mathrm K} - 273,15~$	$T_{\mathrm C}~$	$\tfrac\,(T_{\mathrm F}-32)$	$\tfrac\,(T_}-491,67)$	$\tfrac\,T_}$
$T_} =~$	$\tfrac\,T_{\mathrm K} - 459,67$	$\tfrac\,T_{\mathrm C} + 32$	$T_{\mathrm F}~$
$T_} =~$	$\tfrac\,T_{\mathrm K}$	$\tfrac\,T_{\mathrm C} + 491,67$		$T_}~$	$\tfrac\,T_} + 491,67$
$T_} =~$		$\tfrac\,T_{\mathrm C}$		$\tfrac\,(T_}-491,67)$	$T_}~$

[] Comparaison des échelles de température

Comparaison des échelles de température^[4]
Commentaire	kelvin	Celsius	centigrade	Fahrenheit	Rankine	Delisle	Newton	Réaumur	Rømer
Zéro absolu	0	?273,15		?459,67	0	559,725	?90,14	?218,52	?135,90
Plus basse température enregistrée à la surface de la Terre (Base antarctique Vostok - 21 juillet 1983)	184	?89		?128,2	331,47	283,5	?29,37	?71,2	?39,225
Mélange eau/sel de Fahrenheit	255,37	?17,78		0	459,67	176,67	?5,87	?14,22	?1,83
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 Terre (El Azizia en Libye - 13 septembre 1922)	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
Température de fusion du titane	1 941	1 668		3 034	3 494	?2 352	550	1 334	883
Température de la surface du Soleil	5 800	5 526		9 980	10 440	?8 140	1 823	4 421	2 909

[] Techniques de mesures de la température

[] Contrôle de la température

[] La température dans différentes disciplines

De nombreuses disciplines ont recours à la notion de température dans des situations très diverses.

[] En météorologie

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 connue 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 mouillée que l'on ventile. La température humide est toujours inférieure à la température sèche ; elles sont d'autant plus égales que l'humidité relative est proche de 100 %.

[] En climatologie

Évolution de la tempétature moyenne sur terre depuis 1850

[] En biologie et médecine

température corporelle

[] En physique

etc.

[] Notes et références

? Lorsque le rayonnement est en état d'équilibre thermodynamique.
? Bureau International des Poids et Mesures
? Bureau International des Poids et Mesures
? Certains nombres de ce tableau ont été arrondis.

[] Voir aussi

Voir « température » sur le Wiktionnaire.

Température virtuelle
Température de brillance (ou de bruit)

v · d · m Données et variables météorologiques
Données de mesure	Albédo ? Foudre ? Isotherme zéro degré (Niveau de congélation) ? Nébulosité ? Point de rosée ? Point de givrage ? Précipitation ? Pression atmosphérique ? Réflectivité radar ? Température ? Température de surface de la mer ? Température du thermomètre mouillé ? Vent ? Visibilité (Profondeur optique)
Variables	EIC ? EPCD ? Indice humidex ? Gradient thermique adiabatique ? Hélicité ? Humidité relative ? Humidité absolue ? Instabilité latente ? Instabilité potentielle ? Niveau de condensation par ascension ? Niveau de convection libre ? Rapport de mélange ? Refroidissement éolien ? Température équivalente ? Température potentielle ? Theta-e ? Température virtuelle ? Tourbillon
Concepts	Convection ? Hygrométrie ? Évapotranspiration ? Indice d'aridité
Diagrammes	Diagramme climatique ? Diagramme de Stüve ? Émagramme ? Hodographe ? Skew-T ? Téphigramme
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