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Température

La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définit par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.

Par exemple, quand l'agitation (L’agitation est l'opération qui consiste à mélanger une phase ou plusieurs pour rendre une ou plusieurs de ces caractéristiques homogènes. Plusieurs types d'opérations liées à l'agitation...) est faible, l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il...) est froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) au toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants, l'exploration, la reconnaissance, la découverte de l'environnement, la...). Cette sensation est due à un transfert de chaleur (Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert thermique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie sous forme microscopie désordonnée.) des doigts vers l'objet. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre (Un thermomètre est un appareil qui sert à mesurer et à afficher la valeur des températures. C'est le domaine d'étude de la...) et est étudiée par la thermométrie.

Le rapport entre la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) d'énergie thermique (L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique entre corps sont appelés transferts de chaleur...) et la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) est appelée la chaleur massique (La chaleur massique (symbole c ou s), qu'il convient d'appeler capacité thermique massique[1] est déterminée par la quantité d'énergie à apporter par échange thermique pour...).

Origine physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...)

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 (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique d’un corps est égale au travail...). La température mesure indirectement par contact le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'agitation microscopique des particules.

Par ailleurs, un espace vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide,...) mais dans lequel de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm...)[1] se propage contient lui aussi de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Dans de bonnes conditions[2], on peut associer une température à ce rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) qui mesure l'énergie moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans changer...) des particules qui le constituent. Un exemple important de rayonnement thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant différents phénomènes...) est celui du corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe pas, mais il représente un cas...) dont un exemple spectaculaire observé dans la nature est le fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de façon quasi uniforme dans toutes les directions.).

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 (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.), 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 (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle 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 (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le...), c'est-à-dire tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) sauf le système considéré.

Néanmoins, en pratique, dans les domaines de la physique et de la chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle...), il est courant de parler température ambiante pour une température courante, moyenne. Par exemple, on dit " l'eau est liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) 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 (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou la science des grands systèmes en équilibre. La première définition est aussi la première...)

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 (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) de température à tous les objets physiques. C'est ce qui est fait avec la notion de gaz parfait (Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement de tous les gaz réels à basse pression p.): pour un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de...) parfait, la température (dans ce cas appelée cinétique) est proportionnelle à l'énergie cinétique moyenne des particules ou encore à l'énergie interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée...) 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.

De manière plus mathématique et formelle, la température thermodynamique est reliée à la notion d'entropie (En thermodynamique, l'entropie est une fonction d'état introduite au milieu du XIXe siècle par Rudolf Clausius dans le cadre du second principe,...). On peut ainsi définir pour un système thermodynamique soumis uniquement aux forces de pression : T = \left(\frac{\partial U}{\partial S}\right)_V

Unité et échelles de mesure

L'unité légale de température dans le système international est le kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non « 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 (Graphie) triple de l'eau : un kelvin est égal à 1/273,16 fois la température du point triple de l'eau [3]. Le zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation positionnelle.) 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 (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à...) des températures.
le Celsius 
c'est le kelvin auquel on retire 273,15 K [4]. 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.
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 (La dilatation est l'expansion du volume d'un corps occasionné par son réchauffement, généralement imperceptible. Dans le cas d'un gaz, il y a dilatation à pression...) du mercure qui définit l'échelle.
Par exemple dans l'échelle centigrade de Celsius, le zéro correspond à la température de la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) fondante et 100 degrés centigrades correspond à la température d'ébullition (L’ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état vapeur. Ce phénomène est une vaporisation.) de l'eau sous une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de 1 atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :). Ce serait Linné qui aurait inversé l'échelle.
l'échelle Fahrenheit 
son symbole est °F. Elle attribue une plage (La géomorphologie définit une plage comme une « accumulation sur le bord de mer de matériaux d'une taille allant des sables fins aux blocs ». La...) de 180°F entre la température de solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela peut se faire par refroidissement (cas le plus courant), par augmentation de...) de l'eau et sa température d'ébullition. On la déduit de l'échelle Celsius par une fonction affine (En mathématiques élémentaires, une fonction affine est une fonction de la variable réelle dont la représentation graphique est une droite. C'est une fonction polynôme de degré inférieur...) (voir ci-après). Elle fixe le point de solidification de l'eau à 32 °F et le point d'ébullition à 212 °F.
l'échelle Rankine 
c'est une simple homothétie (Une homothétie est une transformation géométrique, c'est-à-dire une règle qui associe à chaque point d’un espace un point de ce même espace. On dit aussi que c'est une application mathématique de l'espace sur lui-même.) de l'échelle absolue avec un facteur 9/5 (voir ci-après).

Conversion

On peut établir des correspondances entre ces trois échelles:

Formules de conversion générales:

Celsius\Longleftrightarrowkelvin\Longleftrightarrow Fahrenheit :

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

Celsius\LongleftrightarrowRéaumur \LongleftrightarrowRankine  :

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

kelvin\Longleftrightarrowdegré celsius:

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

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

kelvin\Longleftrightarrowdegré fahrenheit:

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

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

degré celsius\Longleftrightarrowdegré fahrenheit:

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

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

Comparaison des échelles de température

Comparaison des échelles de température
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 (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...)
(Vostok dans l'Antarctique (L'Antarctique (prononcé [ɑ̃.taʁk.tik] Écouter) est le continent le plus méridional de la Terre. Situé au pôle Sud, il est entouré de l'océan...) - 21 juillet 1983)
184 −89 −128,2 331,47 283,5 −29,37 −71,2 −39,225
Mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est...) eau/sel de Fahrenheit 255,37 −17,78 0 459,67 176,67 −5,87 −14,22 −1,83
Température de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance...) 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 (Le corps humain est la structure physique d'une personne.) 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
(Al 'Aziziyah 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 (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro atomique 22.) 1941 1668 3034 3494 −2352 550 1334 883
Température de la surface du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) 5800 5526 9980 10440 −8140 1823 4421 2909

Certains nombres de ce tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) ont été arrondis.

Autres domaines

Dans le domaine de la météorologie, la température s'écrit et on parle de T° éolien, pour exprimer la température ressentie sous l'effet du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les...), 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 (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) et des radiations. Sur un diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous les aspects des activités humaines pour visualiser et...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser...) humide, la courbe (En géométrie, le mot courbe, ou ligne courbe désigne certains sous-ensembles du plan, de l'espace usuels. Par exemple, les droites, les segments, les lignes polygonales et les cercles sont des courbes.) de température constante est une droite verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.).

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%.L'illustration pratique de ces mesures sont faites par exemple dans un psychromètre Pescara (Pescara est une ville de 120 000 habitants, au centre d'une zone métropolitaine de 400 000 habitants environ, de la province du même nom, dans les Abruzzes en Italie.)

En médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la pratique (l'art) étudiant l'organisation du corps humain (anatomie), son fonctionnement normal (physiologie), et cherchant à restaurer la...) 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 (En thermodynamique, une transformation est dite adiabatique (du grec adiabatos, « qui ne peut être traversé ») si elle est effectuée sans qu'aucun échange de chaleur n'intervienne entre le...).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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