Qu’est-ce que la température absolue ?

La température absolue est la température mesurée en fonction d’une échelle absolue, telle que l’échelle Kelvin et l’échelle Rankine. Cela signifie qu’il s’agit d’une échelle qui part de zéro (elle n’admet pas de valeurs négatives), valeur dans laquelle on comprend qu’il y a absence de température. En d’autres termes, la température absolue s’entend comme la température qui commence à être mesurée à partir du zéro absolu, qui est la température la plus basse pouvant être atteinte selon les lois de la physique.

Qu’est-ce que la température ?

La température peut être définie de différentes manières. D’une part, c’est une propriété de la matière qui permet de déterminer quand deux corps sont en équilibre thermique l’un avec l’autre. En le définissant ainsi, il est possible d’établir une échelle relative de température, puisque ce qui importe c’est quelle est la température d’un corps ou d’un système par rapport à l’autre. C’est l’idée qui a permis le développement d’échelles de température communes, à savoir l’échelle Celsius ou Centigrade et l’échelle Fahrenheit.

D’autre part, la température est également une mesure de l’agitation thermique des particules qui composent un système. En fait, selon le modèle cinétique-moléculaire des gaz, la température est une mesure directe de l’énergie cinétique de translation moyenne des atomes et des molécules qui composent un gaz.

Réglage de l’échelle de température absolue

La température absolue a d’abord été déterminée en étudiant le comportement des gaz. Par exemple, le Lay de Charles et Gay Lussac stipule qu’il existe une relation proportionnelle directe entre la température et le volume d’un gaz parfait, exprimée par l’équation suivante :

où K est une constante de proportionnalité. Cette équation a la forme d’une fonction linéaire croissante de pente K. On observe expérimentalement que la pente augmente avec le nombre de moles de gaz, et diminue avec la pression, comme schématisé dans l’image suivante.

En extrapolant ces tracés de température relative (en Celsius ou en Fahrenheit ) en fonction du volume pour différentes pressions initiales et pour différentes quantités initiales de gaz, on peut voir que toutes les lignes coupent l’axe de température au même point, quelle que soit la valeur de la pente, la descente. Ce point représente le zéro absolu, c’est-à-dire le point de départ de la température absolue et correspond à une valeur de -273,15 °C ou -459,67 °F.

Plus généralement, la température peut être associée à l’équation d’état des gaz parfaits, c’est-à-dire :

où T est la température absolue, P, V et n sont la pression, le volume et le nombre de moles, et R est la constante des gaz parfaits. Cette loi nous permet de mesurer la température absolue de différentes manières grâce à l’utilisation d’un thermomètre à gaz.

Échelles de température absolue

Quelles que soient les unités dans lesquelles la température absolue est exprimée, toutes les échelles commencent au même point, c’est-à-dire au zéro absolu. Cette température n’est exprimée dans aucune unité car les unités ne sont pas pertinentes pour exprimer l’absence d’une propriété physique. C’est-à-dire que la température au zéro absolu est 0 (et non 0K ou 0°R). Il en est ainsi pour toute quantité physique absolue, par exemple, ce serait la même chose de dire que le volume d’un liquide est zéro que de dire qu’il est de zéro litre, ou de zéro mètre cube ou de zéro mille cube, donc zéro est préféré .

Pour toutes les autres températures, il devient nécessaire de les exprimer dans des unités appropriées. Il existe deux échelles de température absolue couramment utilisées :

• L’échelle Kelvin.
• Échelle de Rankine.

L’échelle de température Kelvin

On doit cette échelle à Lord Kelvin, anciennement connu sous le nom de William Thomson, qui, en 1848, a conçu un thermomètre capable de mesurer la température absolue quel que soit le gaz à partir duquel il était fabriqué. Cette échelle (appelée échelle thermodynamique de température, mais renommée plus tard en l’honneur de Lord Kelvin) s’est avérée identique à l’échelle développée par extrapolation à partir des courbes PT ou VT.

La principale caractéristique de cette échelle est que la taille de l’unité (le kelvin ou K) est exactement la même que l’échelle Celsius. En fait, l’échelle de température Kelvin n’est rien de plus que l’échelle Celsius déplacée de 273,15 unités vers la droite. La relation entre l’échelle Kelvin et l’échelle centigrade est donc :

L’échelle kelvin est de loin l’échelle de température absolue la plus largement utilisée en science et en ingénierie.

Échelle de température de Rankine

Il s’agit de l’échelle de température absolue dont la taille en degrés est égale à un degré Fahrenheit. Le zéro de cette échelle équivaut à -459,67 °F, il représente donc la même échelle Fahrenheit traduite de 459,67 unités vers la droite. Autrement dit, l’échelle de Rankine est liée à l’échelle Fahrenheit par l’équation suivante :

Relation entre l’échelle de Kelvin et l’échelle de Rankine

Étant donné que l’échelle de Rankine et l’échelle Kelvin sont des échelles de température absolues, elles commencent toutes deux au même point, de sorte que la seule différence entre les deux est la taille du degré. La relation entre les deux échelles est alors la même relation entre la magnitude d’un degré Celsius et d’un degré Fahrenheit. Puisque 1 °C est égal à 9/5 ou 1,8 °F, alors la relation entre °R et K est :

Les références

Atkins, P., & dePaula, J. (2010). Chimie physique (8e éd.). Éditorial médical panaméricain.

Chang, R., & Goldsby, K. (2013). Chimie (11e éd.). McGraw-Hill Interamericana de España SL

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