Language
Country/Area
No result found
Le mystère de la température : qu'est-ce que le véritable zéro absolu ? Le savez-vous ?
La température est une quantité physique qui exprime quantitativement la chaleur ou le froid d'un objet. Nous utilisons généralement des thermomètres pour effectuer des mesures, et l'échelle du thermomètre dépend de différentes normes de température. Ces normes contiennent divers points de référence et matériaux pour la mesure de la chaleur. Les échelles de température les plus couramment utilisées sont Celsius (°C), Fahrenheit (°F) et Kelvin (K). Parmi eux, le Kelvin est principalement utilisé dans la recherche scientifique et est considéré comme l'une des sept unités de base du Système international d'unités. Le zéro absolu sur cette échelle, zéro Kelvin ou −273,15 °C, est le point le plus bas de l'échelle de température thermodynamique. Expérimentalement, bien que le zéro absolu ne puisse pas être atteint, on peut s’en approcher très près.
Au zéro absolu, il n’y a plus d’énergie thermique macroscopique dans la matière, mais l’énergie du point zéro de la mécanique quantique existe toujours.
L'importance de la température
La température a une large gamme d'effets, impliquant les propriétés physiques de la matière, telles que le changement de phase (solide, liquide, gaz ou plasma), la densité, la solubilité, la conductivité, etc. De plus, la température affecte directement la vitesse et l’ampleur des réactions chimiques et a même un effet profond sur le comportement de tous les organismes vivants. Par exemple, la vitesse du son dans un gaz est proportionnelle à la racine carrée de la température absolue.
Évolution des échelles de température
Une échelle de température nécessite de définir deux valeurs : le point zéro choisi et la taille de l'incrément de température. L'échelle Celsius (°C) est l'échelle de mesure de température la plus utilisée dans le monde, son point zéro étant déterminé par les points de congélation et d'ébullition de l'eau ; tandis que l'échelle Fahrenheit est largement utilisée aux États-Unis, avec un point de congélation de 32° F et un point d'ébullition de 212 °F. Le point zéro de l'échelle Kelvin est le zéro absolu.
Définition du zéro absolu
Le zéro absolu est un concept clé en physique, marquant l'état de la matière lorsque l'énergie thermique est complètement supprimée. Dans cet état, les particules de matière cesseront leur mouvement macroscopique et, selon la troisième loi de la thermodynamique, l’énergie thermodynamique nette est nulle. Les hommes ne peuvent pas refroidir les objets à cette température et ne peuvent qu’explorer leurs limites aussi précisément que possible.
D'un point de vue expérimental, le zéro absolu ne peut être qu'approchant mais non atteint. La température expérimentale la plus basse à ce jour est de 38 pK.
Normes de température absolue et relative
Parmi les normes de température, l’échelle Kelvin est considérée comme une échelle absolue car elle ne repose sur aucune substance ou instrument de mesure de la chaleur spécifique. Depuis 2019, la définition du Kelvin est basée sur des phénomènes microscopiques et est liée à la constante de Boltzmann, ce qui permet des mesures plus précises de la température.
Relation entre la mécanique statistique et la thermodynamique
L'échelle Kelvin actuelle n'est plus clairement définie comme norme de référence, mais repose sur la détermination de la constante de Boltzmann exacte. Historiquement, la définition de Kelvin était basée sur les propriétés thermodynamiques du moteur Carnot, plutôt que sur une description microscopique du mouvement. Cela nous permet de créer une norme plus universelle pour décrire la température.
Méthodes de mesure classiques et modernes
La température a toujours été mesurée à l’aide de normes empiriques telles que le point triple de l’eau (défini à 273,16 K), mais elle s’appuie de plus en plus sur les statistiques et la compréhension de la dynamique microscopique. Cela montre que la température n’est pas seulement une mesure macroscopique, mais aussi le résultat d’un comportement microscopique et quantique.
Développement futur
Avec des recherches plus poussées en thermodynamique et en physique statistique, les scientifiques pourraient obtenir des mesures plus précises. Par exemple, l’utilisation du volume molaire d’un gaz ou du spectre du rayonnement du corps noir pour mesurer la température constitue des pistes de recherche prometteuses pour l’avenir.
Grâce à notre compréhension du comportement quantique, nous pourrons peut-être avoir une compréhension plus approfondie et une mesure plus précise du zéro absolu à l’avenir.
En explorant ces phénomènes scientifiques fascinants, nous ne pouvons nous empêcher de nous demander : existe-t-il des lois naturelles et des mystères de l'univers cachés dans cette limite de température inaccessible que nous n'avons pas encore compris ?
