Observer et mesurer

La température

  1. De la sensation à la mesure
  2. Définition de la température
  3. Définition et unités de mesure de la température
  4. Histoire du thermomètre
  5. Le capteur de température
  6. Contraintes d'installation d'un thermomètre
  7. Variations et records de température

De la sensation à la mesure

À la température sont associées les sensations de chaud et de froid, mais pour passer de la sensation à la définition d'une grandeur physique mesurable il a fallu franchir plusieurs étapes.

Anders Celsius, 1742

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La première étape a consisté à définir des échelles de température fondées sur deux repères fixes et sur une grandeur physique variant avec la température. Dans l'échelle de Celsius, la température de fusion de la glace fournit le 0 de l'échelle et la température d'ébullition de l'eau le point 100. La subdivision en 100 °C
de l'intervalle entre ces deux repères se fonde sur le phénomène de dilatation, c'est-à-dire sur l'accroissement du volume d'un corps, solide ou liquide, avec la température. Le classique thermomètre à mercure – aujourd'hui interdit en raison de la toxicité du métal – permet ainsi de repérer la température de son réservoir et, de là, la température du milieu ambiant sous réserve qu'il soit en équilibre de température avec le mercure du thermomètre. De nombreux perfectionnements métrologiques sont intervenus pour rapporter l'échelle Celsius à des points fixes plus satisfaisants, mais le principe reste le même.

 

 

James Prescott Joule, 1850

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Pour faire de la température une grandeur mesurable, c'est-à-dire pour donner un sens non seulement à l'égalité mais au rapport de deux températures, il a fallu rattacher la température à une autre grandeur mesurable : la quantité de chaleur contenue dans un corps. Un pas essentiel dans cette direction a été accompli par Joule lorsqu'il a établi l'équivalence de la chaleur et du travail sur laquelle repose le principe de conservation de l'énergie qui régit les transformations de chaleur en travail et de travail en chaleur. La température apparaît alors comme une grandeur proportionnelle à la quantité de chaleur contenue dans un corps. De là, l'idée qu'il existe un zéro absolu de température pour lequel cette quantité de chaleur est nulle.
La notion de zéro absolu a été établie par la thermodynamique classique sans aucune référence à la structure atomique de la matière, et la valeur du zéro absolu dans l'échelle de Celsius a été déterminée
à -273,16 °C. Comptée à partir du zéro absolu dans l'échelle de Kelvin – qui est simplement décalée
de 273,16° par rapport à l'échelle de Celsius – la température absolue est une grandeur mesurable, proportionnelle, en première approximation, à la quantité de chaleur emmagasinée dans le corps.
 

Ludwig Boltzmann, 1877

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La structure atomique de la matière conduit à une interprétation concrète des constructions abstraites de la thermodynamique classique. La quantité de chaleur s'interprète comme l'énergie mécanique contenue dans les mouvements désordonnés des atomes et le zéro absolu correspond à l'état d'immobilité parfaite.

André Lebeau
Atmosphériques n° 29 p. 21