Température
et thermométrie
La perception de chaud et froid est d'abord sensorielle mais est
tout fait subjective et limitée. Il convient donc
de
mettre au point une grandeur quantitative et des instruments
adaptés à cette grandeur
(thermomètres).
Tout d'abord, levons une ambiguité du langage courant.
Chaleur
et température sont deux notions distinctes. "Quelle
chaleur",
dit-on en été lorsqu'il fait 30°, par
exemple. On
devrait dire "Quelle température" !
En effet, la chaleur est
une énergie, et telle quelle, est une grandeur mesurable (en J, en
kWh etc...). On peut donc additionner des
quantités de chaleur.
La température est une grandeur repérable,
c'est à dire qu'on la connait à partir d'une
échelle thermométrique. On peut comparer deux
températures, mais il n'y a aucun sens à les
additionner.
De façon rigoureuse on devrait donc dire "repérer
une
température", mais en pratique, tout le monde dit "mesurer
une
température", ce qui n'est pas bien génant.
En France, on utilise l'échelle Celsius,
du nom d'un physicien suédois du XVIIIeme siècle.
De
façon purement arbitraire, les deux points de
référence sur cette échelle sont les
deux
changements d'état de l'eau, fixés
à 0°C
et 100 °C. (Depuis 1948, on ne doit plus dire
"degré
centigrade", même si l'échelle comporte bien 100
graduations.)
Dans d'autres pays (Etats Unis...), on se sert de l'echelle Fahrenheit.
Voir par exemple ce thermomètre, gradué dans les
deux
échelles, ce qui vous donnera une idée de la
correspondance.
(L'usage de
ce thermomètre
en cycle II a déjà créé des
confusions : C
pour Chaud et F pour Froid ! )
D'autres
échelles ont existé (Réaumur, par ex).
Les physiciens
utilisent souvent l'échelle dite des températures
absolues, dont
l'unité est le kelvin (K). Le zéro absolu,
température la plus basse
qu'on puisse atteindre (immobilité absolue des
molécules ou des
atomes), correspond à -273,15 °C.
Tout thermomètre est basé sur le principe qu'ont
certaines
grandeurs physiques de changer avec une modification de
température.
Un
liquide voit son
volume augmenter
légèrement avec une
élévation de
température (phénomène de dilatation)
: c'est ce
qui est utilisé dans les thermomètres courants
tels que
ceux photographiés (remarquer les symboles peu fiables vis
à vis de la graduation). Le liquide est en
général
de l'alcool coloré, le mercure étant
désormais
évité. Comme il faut que l'équilibre
thermique
entre le thermomètre et le milieu à mesurer soit
très rapide, le réservoir est de très
petit
volume, ce qui oblige à avoir un tube très fin
pour
visualiser l'augmentation du niveau de liquide (tube capillaire).
On est certain ici que
l'un au moins des thermomètres est faux!
Il
existe des thermomètres basés sur la dilatation
d'une
lame (thermomètres à aiguille), des
thermomètres électroniques, d'autres
basé sur des
phénomènes optiques (bandes frontales
à cristaux
liquides).
La plage de graduation varie avec la fonction de l'objet : comparer par
exemple un thermomètre médical avec
un thermomètre de congélateur ou de
stérilisation de conserves...
Petites questions pour
réfléchir....
1) Comment
être certain qu'un thermomètre est faux ?
2) Pourquoi
n'utilise-t-on jamais d'eau (colorée) comme liquide
thermométrique ?
