Objectifs d’apprentissage
- Définir la température.
- Décrire l’échelle de température Fahrenheit.
- Décrire l’échelle de température Celsius.
- Décrire l’échelle de température Kelvin.
Qu’est-ce que la température ?
Touchez le dessus de la cuisinière après qu’elle ait été allumée et qu’elle soit chaude. Tenez un glaçon dans votre main et il vous semble froid. Pourquoi ? Les particules de matière d’un objet chaud se déplacent beaucoup plus rapidement que les particules de matière d’un objet froid. L’énergie cinétique d’un objet est l’énergie due au mouvement. Les particules de matière qui composent le poêle chaud ont une plus grande quantité d’énergie cinétique que celles du glaçon.
La température est une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules de la matière. Dans l’usage courant, la température indique une mesure de la chaleur ou du froid d’un objet. La température est un paramètre important en chimie. Lorsqu’une substance passe de l’état solide à l’état liquide, c’est parce qu’il y a eu une augmentation de la température de la matière. Les réactions chimiques se déroulent généralement plus rapidement si la température est augmentée. De nombreuses matières instables (comme les enzymes) seront viables plus longtemps à basse température.
Figure 1. Le charbon de bois incandescent à gauche représente une énergie cinétique élevée, tandis que la neige et la glace à droite ont une énergie cinétique beaucoup plus faible.
Échelles de température
Figure 2. Daniel Gabriel Fahrenheit.
Les premiers thermomètres étaient en verre et contenaient de l’alcool, qui se dilatait et se contractait en fonction de la température. Le scientifique allemand, Daniel Gabriel Fahrenheit a utilisé du mercure dans le tube, une idée émise par Ismael Boulliau. L’échelle de Fahrenheit a été développée pour la première fois en 1724 et a été modifiée pendant un certain temps par la suite. Le principal problème de cette échelle réside dans les définitions arbitraires de la température. Le point de congélation de l’eau était défini comme étant de 32°F et le point d’ébullition de 212°F. L’échelle Fahrenheit n’est généralement pas utilisée à des fins scientifiques.
Figure 3. Anders Celsius.
L’échelle Celsius du système métrique porte le nom de l’astronome suédois Anders Celsius (1701-1744). L’échelle Celsius fixe le point de congélation et le point d’ébullition de l’eau respectivement à 0°C et 100°C. La distance entre ces deux points est divisée en 100 intervalles égaux, chacun d’entre eux correspondant à un degré. Un autre terme parfois utilisé pour l’échelle Celsius est « centigrade » car il y a 100 degrés entre les points de congélation et d’ébullition de l’eau sur cette échelle. Toutefois, le terme préféré est « Celsius ».
Figure 4. Lord Kelvin.
L’échelle de température de Kelvin porte le nom du physicien et mathématicien écossais Lord Kelvin (1824-1907). Elle est basée sur le mouvement moléculaire, la température de 0 K, également appelée zéro absolu, étant le point où tout mouvement moléculaire cesse. Le point de congélation de l’eau sur l’échelle Kelvin est de 273,15 K, tandis que le point d’ébullition est de 373,15 K. Notez qu’aucun « degré » n’est utilisé dans la désignation de la température. Contrairement aux échelles Fahrenheit et Celsius où les températures sont désignées par » degrés F » ou » degrés C « , nous avons simplement désigné les températures de l’échelle Kelvin par le terme » kelvins « .
Comme on peut le voir par la différence de 100 kelvins entre les deux, un changement d’un degré sur l’échelle Celsius équivaut au changement d’un kelvin sur l’échelle Kelvin. La conversion de l’échelle Kelvin à l’échelle Celsius ou vice versa est facile, car il suffit d’ajouter ou de soustraire 273.
Figure 5. Comparaison des trois différentes échelles de température.
La conversion entre les échelles de température Celsius et Fahrenheit est un peu plus délicate, mais n’est toujours pas trop difficile. Pour passer de Fahrenheit à Celsius, il faut d’abord multiplier la température en Celsius (TC) par 1,8, puis ajouter 32, dans cet ordre.
\text{T}_{\text{F}}=1.8\times\text{T}_{\text{C}}+32
Pour convertir de Celsius en Fahrenheit, il faut d’abord soustraire 32 à la température en Fahrenheit puis diviser par 1.8, dans cet ordre.
\displaystyle\text{T}_{\text{C}}=\frac{\text{T}_{\text{F}}-32}{1.8}
Summary
- La température est une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules de la matière.
- L’échelle Fahrenheit définit le point de congélation de l’eau à 32°F et le point d’ébullition à 212°F.
- L’échelle Celsius fixe le point de congélation et le point d’ébullition de l’eau respectivement à 0°C et 100°C.
- L’échelle Kelvin est basée sur le mouvement moléculaire, la température de 0 K, également appelée zéro absolu, étant le point où tout mouvement moléculaire cesse.
Pratique
Utilisez le lien ci-dessous pour répondre aux questions suivantes :
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48
- Quel mélange Fahrenheit a-t-il utilisé pour régler son thermomètre à zéro degré ?
- Pourquoi l’échelle Celsius est-elle préférée à l’échelle Fahrenheit dans les travaux scientifiques ?
- Quelle était l’idée derrière l’établissement de l’échelle de température Kelvin ?
- Quel est l’avantage d’utiliser l’échelle Kelvin à basse température ?
Revue
- Qu’est-ce que le zéro absolu sur l’échelle de température Celsius ?
- Quels sont les points de congélation et d’ébullition de l’eau sur l’échelle Celsius ?
- Convertissez les températures Kelvin suivantes en degrés Celsius.
- 188 K
- 631 K
- La température en degrés Fahrenheit peut être convertie en Celsius en soustrayant d’abord 32, puis en divisant par 1,8. Quelle est la température Celsius à l’extérieur lors d’une journée chaude (88°F) ?
- Pourquoi l’échelle Celsius est-elle parfois appelée » centigrade » ?
Glossaire
- énergie cinétique : L’énergie due au mouvement
- Température : Une mesure de l’énergie cinétique moyenne des particules de la matière. Dans l’usage courant, la température est la chaleur ou le froid d’un objet
- échelle de température : Une façon de mesurer la température de manière quantitative. Il existe trois grandes échelles utilisées aujourd’hui.
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