- Température absolue
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Thermomètre
En thermodynamique, la notion de température absolue fait passer la température du statut de grandeur physique repérable à celui de grandeur mesurable.
La définition du BIPM de la notion de température absolue repose sur l'étude des gaz réels aux faibles pressions et la loi d'Avogadro.
Sommaire
Notation
Dans la suite P désigne la pression, V le volume, N le nombre d'éléments (molécules) et T la température d'un gaz.
Loi de Charles
Aux faibles pressions, le coefficient d'augmentation de pression à volume constant quand la température augmente , soit β, devient une constante universelle pour tous les gaz.
Loi de Gay-Lussac
Aux faibles pressions, le coefficient d'augmentation de volume à pression constante quand la température augmente , soit α, coefficient de dilatation, devient une constante universelle pour tous les gaz.
Ces deux lois impliquent que le coefficient de compressibilité isotherme, χ, est aussi le même.
Il en résulte que le produit PV d'un gaz est le même à une constante près, pour une température donnée (Gaz de Boyle-Mariotte).
Loi d'Avogadro
Le rapport PV / N est le même pour tous les gaz réels à la limite des faibles pressions : il n'est fonction que de la température.
Température absolue
La grandeur thermométrique PV / N est choisie comme thermomètre, avec une échelle LINÉAIRE :
.
Un gaz qui suivrait cette loi par extrapolation pour toute pression est appelé gaz parfait (si de plus c'est un gaz de Joule, c'est-à-dire que son énergie interne U(V,T) ne dépend que de la température et pas du volume : U = U(T)). On obtient
la constante k qui apparaît dans cette formule est la constante de Boltzmann.
Si N est choisi égal au nombre d'Avogadro, alors kN = R est la constante universelle des gaz parfaits, dont la valeur est fixée par le BIPM ( CODATA): elle dépend bien sûr de l'unité, le Kelvin, de la température absolue, choisie par le BIPM.
Remarque : attention, pour la majorité des gaz, la variation de PV quand P tend vers zéro est : PV = NkT + Nb(T)P avec la valeur du coefficient empirique b qui varie avec la température. Il convient donc bien de prendre l'extrapolation des mesures quand P tend vers zéro, faute de quoi la mesure serait entachée d'erreur systématique.Température thermodynamique
Le deuxième principe de la thermodynamique permet de montrer que la température absolue du gaz parfait est aussi la température thermodynamique.
Thermométrie
Malheureusement, un thermomètre à gaz hélium n'est pas réalisable (problème d'absorption dans la paroi) et un thermomètre à hydrogène n'est guère pratique. On préfère donc étalonner une fois pour toutes des thermomètres reproductibles et sensibles afin d'assurer une pérennité des mesures de température : on dit qu'on a créé une échelle de « représentation de T ».
Voir aussi
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