1°/ Définition :
La température est une mesure physique qui caractérise l’agitation des particules de la matière.
Ainsi, plus les particules sont agitées plus elles bougent et plus la température augmente.
2°/ Les différentes unités de températures :
Le degré Fahrenheit :
La première échelle à être universellement reconnue, fut celle de Gabriel Fahrenheit, un Hollandais, qui, au début du XVIIIe siècle, fabriqua des thermomètres au mercure qui permettaient de mesurer les températures de manière fiable et répétitive.
Le degré Celsius :
Le physicien suédois Anders Celsius (1701-1744) fit construire en 1741 un thermomètre à mercure, qui marquait 0 degré au point d’ébullition et 100 au point de congélation de l’eau et qui fut utilisé de 1742 à 1750 à l’observatoire scandinave d’Uppsala (Upsal en français). En 1745, Linné présenta à l’Académie suédoise des sciences un thermomètre à mercure à échelle centésimale ascendante ayant le zéro au point de congélation de l’eau. À la même époque, le secrétaire perpétuel de l’Académie des beaux-arts de Lyon, Jean-Pierre Christin (1683-1755), faisait construire par l’artisan lyonnais Pierre Casati un thermomètre à mercure à échelle centésimale ascendante, qu’il présenta le 19 mars 1743 à l’assemblée publique de cette académie.
Le thermomètre suédois et le thermomètre de Lyon n’auraient eu qu’une utilisation restreinte si la Révolution Française n’avait donné au monde moderne le système métrique, et si la Commission des poids et mesures, créée par la Convention, n’avait décidé en 1794 que « le degré thermométrique sera la centième partie de la distance entre le terme de la glace et celui de l’eau bouillante ». En octobre 1948, à la suite d’une décision de la IXe Conférence des poids et mesures, le degré centésimal a pris le nom de degré Celsius.
Le kelvin :
William Thomson, connu sous le nom de lord Kelvin contribua, de manière durable à la thermodynamique. Après la dissertation de S. Carnot sur la chaleur et les travaux expérimentaux de J. Joule, la première loi de la thermodynamique put être explicitée, et, en 1850, R. Clausius fut conduit à poser pour principe que la chaleur ne peut d’elle-même passer d’un corps froid à un corps chaud. Thomson montra qu’en se fondant sur le système de Carnot il était possible de définir une échelle opératoire de température, indépendante des propriétés du système mis en œuvre. Ainsi fut construite l’échelle thermométrique « absolue » ou graduation Kelvin.
Il faut noter que le kelvin doit être utilisé ni avec le mot degré, ni avec le symbole ° ; on dit « un kelvin » et non pas un degré kelvin.
Le degré Rankine :
L’échelle Rankine (°R) n’est que la transposition en degré Fahrenheit de l’échelle des températures absolues Kelvin, nommée ainsi en l’honneur d’un pionnier de la thermodynamique : William John Macquorn Rankine (1820-1872). Le °R est égal à la température en °F + 459,67.
Le degré Réaumur :
Citons, pour mémoire, René Antoine Ferchault de Réaumur (1683-1757) qui fut amené à inventer, vers 1730, à cause de l’imprécision des mesures employées, le thermomètre à alcool qui porte son nom. Bien qu’il ait été détrôné plus tard par le thermomètre Celsius, il constitua un notable progrès au XVIIIe siècle. Son échelle fut fixée, en 1732 à zéro degrés pour la température de fusion de la glace et à 80 degrés pour l’ébullition de l’esprit-de-vin (alcool).
Pendant une certaine période, le thermomètre de Réaumur a désigné des instruments où la température d’ébullition de l’eau se trouvait à une division comprise entre 80 et 100 degrés Réaumur. Cette constatation conduisit, en 1772, le physicien genevois Jean-André Deluc (1727-1817) à proposer une division en 80 parties de l’intervalle fondamental du thermomètre Réaumur dans les pays l’ayant adopté. Les constructeurs français normalisèrent peu à peu leur échelle suivant cette proposition, mais le renom laissé par Réaumur était alors si grand qu’ils lui donnèrent son nom. Son usage dura jusqu’au tout début du XXe siècle en Allemagne méridionale, en Espagne, en Russie et en Amérique du sud.
Le degré Delisle :
L’échelle Delisle est une échelle de température conçue en 1732 par l’astronome français Joseph-Nicolas Delisle (1688-1768), auteur de Mémoires pour servir à l’histoire et aux progrès de l’Astronomie, de la Géographie et de la Physique (1738).
Il avait été invité à travailler en Russie par Pierre le Grand, et il y fabriqua des thermomètres au mercure. Initialement, son échelle avait son zéro au point d’ébullition de l’eau et mesurait la contraction du mercure (avec la baisse de température) en cent-millièmes. L’échelle Celsius elle aussi croissait avec le froid à ses débuts; c’est peu de temps après la mort de Celsius en 1744 que l’échelle sera inversée (une innovation souvent attribuée, à tort, à Carl von Linné) pour donner le degré Celsius que nous connaissons maintenant.
Les thermomètres Delisle comptaient en général 2 400 graduations, ce qui était approprié pour les hivers de Saint-Pétersbourg. En 1738, Josias Weitbrecht (1702–1747) recalibra l’échelle Delisle en fixant à 150 degrés le point de congélation de l’eau. Les thermomètres Delisle resteront en usage en Russie pendant près d’un siècle.
Ainsi l’unité de cette échelle, le degré Delisle, vaut -2/3 d’un kelvin (ou d’un degré Celsius) et le zéro absolu vaut 559,725 degrés Delisle.
Le degré Rømer :
Le Rømer (aussi épelé Roemer) est une échelle de température élaborée par l’astronome, physicien et fabricant d’instruments de mesure danois Ole Christensen Rømer en 1701.
En 1701, Isaac Newton (1642–1727) avait suggéré que la température moyenne du corps humain et le point de congélation de l’eau servent de points fixes pour calibrer les thermomètres. Rømer n’a pas publié la méthode qu’il utilisa (ou bien ces notes ont péri dans l’incendie de Copenhague de 1728), mais en 1708 Daniel Gabriel Fahrenheit le visita, le regarda travailler, et consigna ses observations.
Le zéro aurait d’abord été établi par le point de congélation d’une saumure d’eau, de glace et de chlorure d’ammonium. Le point d’ébullition de l’eau a ensuite été fixé à 60 degrés. Rømer constata alors que le point de congélation de l’eau tombait aux alentours du huitième de cette valeur (7,5 degrés), aussi utilisa-t-il cette valeur comme second point fixe. Ainsi l’unité de cette échelle, le degré Rømer, vaut 40/21 d’un kelvin (ou d’un degré Celsius).
Fahrenheit améliora l’échelle, augmentant entre autres le nombre de divisions et établit en 1724 l’échelle qui porte maintenant son nom : le degré Fahrenheit.
Le symbole est parfois donné comme étant °R, mais ce symbole est aussi parfois utilisé pour le degré Rankine; il faut donc préférer l’autre symbole °Rø.
3°/ Conversion :
La matière peut se trouver sous 3 états : Solide, liquide et gazeux. En faisant varier la température et la pression, on peut faire passer passer cette matière d’un état à l’autre.
Le tableau ci-dessous est donné pour une pression au niveau de la mer. Ainsi, si l’eau bout à 100 °C au niveau de la mer, elle bout à 89 °C à 2930 m.
| Celsius | Kelvin | Fahrenheit | Réaumur | Rankine | Rømer | Delisle | |
| Zéro absolu |
-273,15 °C |
0 K |
-459,67 °F |
-218,52 °Ré |
0 °Ra |
-135,90 Rø |
559,725 °De |
| Fusion de l’eau |
0°C |
273,15 K |
32 °F |
0 °Ré |
491,67 °Ra |
7,5 °Rø |
150 °De |
| Vaporisation de l’eau |
100 °C |
373,15 K |
212 °F |
80 °Ré |
671,67 °Ra |
60 °Rø |
0 °De |
|
Température la plus basse sur terre |
-89 °C |
184 K |
-128,2 °F |
-71,2 °Ré |
331,47 °Ra |
-39,22 °Rø |
283,5 °De |
| Température la plus haute sur terre |
58 °C |
331 K |
136,4 °F |
46,4 °Ré |
596,07 °Ra |
37,95 °Rø |
63 °De |
| Température moyenne du corps humain |
36,8 °C |
309,95 K |
98,24 °F |
29,44 °Ré |
557,91 °Ra |
26,8 |
94,8 °De |
| Température de la surface du Soleil |
5526 °C |
5800 K |
9980 °F |
4421 °Ré |
10440 °Ra |
2909 °Rø |
-8140 °De |
| Fusion du carbone |
3827°C |
4100 K |
6920,6 °F |
3061,6 °Ré |
7380,3 °Ra |
2016,7 °Rø |
-5590,5 °De |
| Fusion du fer |
1538°C |
1811,2 K |
2800,4 °F |
1230,4 °Ré |
3260,1 °Ra |
814,95 °Rø |
-2157 °De |
| Fusion du mercure |
-38,8°C |
234,32 K |
-37,89 °F |
-31,06 °Ré |
421,78 °Ra |
-12,88 °Rø |
208,24 °De |
| Fusion de l’azote |
-210°C |
63,15 K |
-346 °F |
-168 °Ré |
113,67 °Ra |
-102,7 °Rø |
465 °De |
|
De |
Vers |
Formules |
| Fahrenheit | Celsius | °C = (°F – 32) / 1.8 |
| Fahrenheit | Kelvin | K = (°F + 459.67) / 1.8 |
| Fahrenheit | Rankine | °Ra = °F + 459.67 |
| Fahrenheit | Réaumur | °Re = (°F – 32) / 2.25 |
| Celsius | Fahrenheit | °F = °C × 1.8 + 32 |
| Celsius | Kelvin | K = °C + 273.15 |
| Celsius | Rankine | °Ra = °C × 1.8 + 32 + 459.67 |
| Celsius | Réaumur | °Re = °C × 0.8 |
| Kelvin | Celsius | °C = K – 273.15 |
| Kelvin | Fahrenheit | °F = K × 1.8 – 459.67 |
| Kelvin | Rankine | °Ra = K × 1.8 |
| Kelvin | Réaumur | °R = (K – 273.15) × 0.8 |
| Rankine | Celsius | °C = (°Ra – 32 – 459.67) / 1.8 |
| Rankine | Fahrenheit | °F = °Ra – 459.67 |
| Rankine | Kelvin | K = °Ra / 1.8 |
| Rankine | Réaumur | °Re = (°Ra – 32 – 459.67) / 2.25 |
| Réaumur | Celsius | °C = °Re × 1.25 |
| Réaumur | Fahrenheit | °F = °Re × 2.25 + 32 |
| Réaumur | Kelvin | K = °Re × 1.25 + 273.15 |
| Réaumur | Rankine | °Ra = °Re × 2.25 + 32 + 459.67 |
Peut-on avoir la même valeur de température en degrés Celsius et en Fahrenheit ?
Il faut résoudre l’équation : y = 1,8 x + 32 (avec x = degrés Celsius et y = degrés Fahrenheit).
Donc pour x = y : x = 1,8 x + 32
x = -32/(1,8 – 1) = -32 / 0,8 = -40°
Donc : -40° Celsius = -40° Fahrenheit
4°/ Liste des éléments chimiques par température de fusion :
Liste des éléments chimiques par température de fusion.
On remarquera que la plupart des gaz ont un point de fusion au alentour de -200°C. Il faut une température vraiment basse pour les avoir sous forme solide.
A l’inverse, le carbone fond à 3 827°C. Tous les matériaux à base de carbone sont donc très résistants à la chaleur.
Le plus étonnant est le le mercure , qui est un métal, et qui a un point de fusion de -38,8°C. Ce qui veut dire qu’il est à l’état liquide lorsqu’il est à température ambiante.