Comment mesure-t-on ? - Contributions [fr]

Mole2

2021-06-21T14:39:42Z

Lea.camier : /* Bibliographie/Webographie */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

*Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''solide''', alors il suffit d'utiliser la formule :

<center> <math> n=\frac{m}{M} </math> </center>
où :
* <math>m</math> est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière (exprimée en kilogramme).
* <math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

La mesure de la quantité matière dans ce cas passe donc par une '''mesure de la masse, et une mesure de la masse molaire''' (qui est la plupart du temps connue).

* Si l'espèce que l'on étudie est '''dissoute en solution''', alors on utiliser la relation :

<center> <math> n = C \times V </math> </center>
où:
* C est la '''concentration''' de l'espèce, qui indique "à quel point l'espèce est présente dans la solution liquide" (exprimée en mol/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).

Dans ce cas, la mesure de la quantité de matière passe par '''une mesure de volume, et une mesure de concentration''' (qui peut être réalisée par différentes méthodes).

Si l'espèce que l'on étudie est un '''liquide''' (pur, c'est-à dire uniquement composé de notre espèce), alors la mesure de la quantité de matière s'appuie sur la relation :

<center> <math> n=\frac{\rho \times V}{M} </math> </center>
où :
* <math> \rho </math> représente la masse volumique propre à l'espèce, c'est-à-dire la masse d'un litre de cette espèce (exprimée en kilogramme/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).
* <math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

Dans ce cas, la mesure de la quantité de matière revient à une mesure de volume.

Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''gazeuse''', alors on utilise la relation :

<center> <math> n = \frac{V}{V_m} </math> </center>
où:
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).
* <math> V_m </math> est le volume molaire c'est à dire le volume occupé par une mole de cette espèce (exprimé en Litre/mole).

Dans ce cas la mesure de la quantité de matière revient à une mesure de volume et de volume molaire.

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

* Brochure des éditions Ellipses. ''Calculer une quantité de matière''. [En ligne, consulté en juin ] : https://www.editions-ellipses.fr/PDF/9782340031869_extrait.pdf

Mole2

2021-06-21T14:35:40Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

Mole2

2021-06-21T14:30:23Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

*Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''solide''', alors il suffit d'utiliser la formule :

<center> <math> n=\frac{m}{M} </math> </center>

où :
* <math>m</math> est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière (exprimée en kilogramme).
* <math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

La mesure de la quantité matière dans ce cas passe donc par une '''mesure de la masse, et une mesure de la masse molaire''' (qui est la plupart du temps connue).

* Si l'espèce que l'on étudie est '''dissoute en solution''', alors on utiliser la relation :

<center> <math> n = C \times V </math> </center>

où:
* C est la '''concentration''' de l'espèce, qui indique "à quel point l'espèce est présente dans la solution liquide"(exprimée en mol/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).

Dans ce cas, la mesure de la quantité de matière passe par '''une mesure de volume, et une mesure de concentration''' (qui peut être réalisée par différentes méthodes).

Si l'espèce que l'on étudie est un '''liquide''' (pur, c'est-à dire uniquement composé de notre espèce), alors la mesure de la quantité de matière s'appuie sur la relation :

<center> <math> n=\frac{\rho \times V}{M} </math> </center>

où :
* <math> \rho </math> représente la masse volumique propre à l'espèce, c'est-à-dire la masse d'un litre de cette espèce (exprimée en kilogramme/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).
* <math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:29:22Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

*Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''solide''', alors il suffit d'utiliser la formule :

<center> <math> n=\frac{m}{M} </math> </center>

où :
*<math>m</math> est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière (exprimée en kilogramme).
*<math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

La mesure de la quantité matière dans ce cas passe donc par une '''mesure de la masse, et une mesure de la masse molaire''' (qui est la plupart du temps connue).

* Si l'espèce que l'on étudie est '''dissoute en solution''', alors on utiliser la relation :

<center> <math> n = C \times V </math> </center>

où:
* C est la '''concentration''' de l'espèce, qui indique "à quel point l'espèce est présente dans la solution liquide"(exprimée en mol/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).

Dans ce cas, la mesure de la quantité de matière passe par '''une mesure de volume, et une mesure de concentration''' (qui peut être réalisée par différentes méthodes).

Si l'espèce que l'on étudie est un '''liquide''' (pur, c'est-à dire uniquement composé de notre espèce), alors la mesure de la quantité de matière s'appuie sur la relation :

<center> <math> n=\frac{\rho \times V}{M} </center>

où :
*<math> \rho </math> représente la masse volumique propre à l'espèce, c'est-à-dire la masse d'un litre de cette espèce (exprimée en kilogramme/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).
*<math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:23:12Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

*Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''solide''', alors il suffit d'utiliser la formule :

<center> <math> n=\frac{m}{M} </math> </center>

où :
*<math>m</math> est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière (exprimée en kilogramme).
*<math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

La mesure de la quantité matière dans ce cas passe donc par une mesure de la masse, et une mesure de la masse molaire (qui est la plupart du temps connue).

* Si l'espèce que l'on étudie est '''dissoute en solution''', alors on utiliser la relation :

<center> <math> n = C \times V </math> </center>

où:
* C est la '''concentration''' de l'espèce, qui indique "à quel point l'espèce est présente dans la solution liquide"(exprimée en mol/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).

Dans ce cas, la mesure de la quantité de matière passe par une mesure de volume, et une mesure de concentration (qui peut être réalisée par différentes méthodes).

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:21:15Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

*Si l'espèce que l'on étudie est sous forme '''solide''', alors il suffit d'utiliser la formule :

<center> <math> n=\frac{m}{M} </math> </center>

où :
*<math>m</math> est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière (exprimée en kilogramme).
*<math>M</math> est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce (exprimée en kilogramme/mole ou gramme/mole plus généralement).

* Si l'espèce que l'on étudie est '''dissoute en solution''', alors on utiliser la relation :

<center> <math> n = C \times V </math> </center>

où:
* C est la '''concentration''' de l'espèce, qui indique "à quel point l'espèce est présente dans la solution liquide"(exprimée en mol/litre).
* V est le volume de la solution (exprimé en Litre).

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:13:42Z

Lea.camier : /* Mesurer la quantité de matière */

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

Si l'espèce que l'on étudie est sous forme solide, alors il suffit d'utiliser la formule <math> n=\frac{m}{M} </math>

où :
*'''<math>m</math>''' est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière.
*'''<math>M</math>''' est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce.

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:13:23Z

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{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

Si l'espèce que l'on étudie est sous forme solide, alors il suffit d'utiliser la formule <math> n=\frac{m}{M} </math>

où :
* '''<math>m</math>''' est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière.
* '''<math>M</math>''' est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce.

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:13:06Z

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{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

== Quantité de matière ==

Lorsque l'on parle de la "quantité de matière" d'une substance , il convient de remplacer le mot "matière" par l'élément considéré, car la mole en soit ne désigne qu'un nombre de particules, et possédera des caractéristiques différentes selon la substance (atome, molécule). De ce fait, on introduit une grandeur appelée '''masse molaire''', propre à la substance, qui correspond à la '''masse d'une mole de cette substance'''. Ainsi on peut calculer le nombre de moles d'un substance que l'on a avec la formule suivante: <math>n=\frac{m}{M}</math> où <math>n</math> est le nombre de moles, <math>m</math> la '''masse totale''' de la substance, exprimée en grammes, et <math>M</math> la '''masse molaire''' du composé, exprimée en grammes par mol (<math>g.mol^{-1}</math>).

== Classification des éléments ==

=== Le tableau périodique ===

Dans le '''tableau périodique''', comme celui que l'on peut voir ci-dessous, la '''masse atomique''' est indiquée. La masse atomique correspond à la masse d'un atome, mesurée en '''unités de masse atomique''' (u.m.a. ou u). L'unité de masse atomique est la plus proche possible de la masse d'un nucléon unique.

'''La valeur de la masse d'une mole d'un élément exprimée en grammes, c'est-à-dire de la masse molaire, est la même que la masse atomique du même élément exprimée en u.m.a.''' {{Note|Le '''tableau périodique''', aussi appelée '''table de Mendeleiev''' ou '''classification périodique des éléments''', est un tableau qui classe tous les éléments chimiques, ordonnés par numéro atomique croissant et organisés en fonction de leurs propriétés chimiques.[[File:Tableau_periodique.png|frame|center|Classification périodique des éléments]] }}

===Représentation des éléments chimiques ===
*Un atome est composé d'un noyau autour duquel "gravitent" des électrons, chargés négativement. Le noyau est lui-même composé de protons, chargés positivement, et de neutrons. Ce sont les protons et les neutrons qui donnent sa masse à l'atome, la masse des électrons est négligeable. On représente les éléments chimiques de la manière suivante: <math>_{Z}^{A}\textrm{X}</math>

* '''<math>Z</math>''' représente le nombre de protons, aussi appelé '''numéro atomique'''. C'est ce nombre qui caractérise les éléments chimiques. Par exemple, l'hydrogène possède 1 proton,le carbone en possède 6. Un atome étant électriquement neutre, à chaque proton correspond un électron. C'est donc le numéro atomique qui détermine la structure électronique de l'atome et donc les propriétés chimiques de l'élément.

* '''<math>A</math>''' représente le '''nombre de masses''', ou le nombre de '''nucléons'''. Le terme nucléon regroupe les protons et les neutrons. Pour un même élément, le nombre de neutrons peut varier. Des atomes qui ont le même nombre de protons mais pas le même nombre de nucléons s'appellent des '''isotopes'''. Par exemple, le carbone 12 et le carbone 14 sont des isotopes du carbone: les deux possèdent 6 protons, mais le carbone 12 possède 6 neutrons tandis que le carbone 14 en possède 8. ''' La masse molaire d"un élément est très voisine du nombre de masse de l'isotope le plus abondant.'''

* '''<math>X</math>''' est le '''symbole''' de l'élément: le symbole de l'hydrogène est H, celui du carbone C...

Ainsi, à titre d'exemple, le carbone 12 est représenté de la manière suivante: <math>_{6}^{12}\textrm{C}</math>

== Mesurer la quantité de matière ==

La quantité de matière, notée ''n'' est la grandeur dont ''' la mole''' est l'unité. Elle se mesure de façon différente si la substance que l'on étudie est solide, liquide, gazeuse (sous forme de vapeur), ou dissoute dans une solution.

Si l'espèce que l'on étudie est sous forme solide, alors il suffit d'utiliser la formule <math> n=\frac{m}{M} </math>

où :
* '''<math>m</math>''' est la masse de l'espèce dont on cherche la quantité de matière.
* '''<math>M</math>''' est la '''masse molaire''' de l'espèce dont on cherche la quantité de matière, c'est-à-dire '''la masse d'une mole''' de cette espèce.

== Bibliographie/Webographie ==

*HECHT, Eugene. ''Physique''. Traduction de la 1ère édition américaine. éd. De Boeck Université, 1999. 1304 p. ISBN 2-7445-0018-6

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Site web de futura sciences. ''La mole''. [En ligne, Consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-mole-358/

Mole2

2021-06-21T14:01:32Z

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Mole2

2021-06-21T13:57:39Z

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2021-06-21T13:54:55Z

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Mole2

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Lea.camier : /* Généralités */

L'objectif de ce site est de vous permettre d'en savoir plus sur les
méthodes de mesures dans différents domaines. En effet, nous sommes confrontés à des résultats de mesures dans la vie quotidienne : lors d’une analyse sanguine, dans la presse, dans l’actualité scientifique, les chiffres sont partout. Or, nous ne savons pas, la plupart du temps, d’où viennent ces chiffres, comment ils sont obtenus, et encore moins qu’ils sont entachés d’[[incertitudes de mesure]].

Pour chaque page, une première partie intitulée "En bref" est destinée au grand public. Puis le sujet est développé dans la partie suivante, à destination d'un public plus averti, de niveau début de licence scientifique, ou des curieux.

Vous retrouverez à la fin de chaque page une bibliographie/webographie pour en savoir plus, ainsi que, si le sujet s'y prête, des liens vers des vidéos explicatives.

==[[:Catégorie:A propos des mesures|Généralités]]==
*[[Grandeur, valeur et unité]]
*[[Incertitudes de mesure]]

==[[:Catégorie:SI|Système International d'unités]]==

Le Système International d'unités, souvent appelé SI, est le système
d'unités actuellement utilisé dans le domaine des sciences et de la
technologie. Ce système a été adopté lors de la 9ème Conférence
Générale des Poids et Mesures (CGPM) en 1948, et le Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM) a été mandaté pour définir
ce système avec un document référence : la "Brochure sur le SI". Ce
système comporte 7 unités "de base", et de nombreuses unités dérivées
de celles-ci. La définition exacte de ces unités n'est pas fixe, et
évolue avec les progrès de la métrologie. C'est pourquoi le BIPM continue à publier de nouvelles brochures (la 8ème a été publiée en 2006, et mise à jour en 2014). L'intérêt d'un tel système est de simplifier la communication entre les acteurs du monde scientifique et technologique, quelles que soient leurs origines.

Voici les 7 unités de base du Système International :

*[[Mètre|Mètre (longueur)]]
*[[Seconde|Seconde (temps)]]
*[[Kilogramme|Kilogramme (masse)]]
*[[Kelvin|Kelvin (température)]]
*[[Ampère|Ampère (intensité du courant électrique)]]
*[[Mole|Mole (quantité de matière)]]
*[[Candela|Candela (intensité lumineuse)]]

Et pour aller plus loin sur le Système International :

*[[Unités dérivées]]
*[[Analyse dimensionnelle]]
*[[Unités réduites]]

==[[:Catégorie:Physique|Physique]]==
*[[Vitesse d'un objet]]
*[[Vitesse de la lumière]]
*[[Longueur d'onde]]
*[[Fréquence et période]]
*[[Distances dans l'univers]]

==[[:Catégorie:Biologie|Biologie]]==
*[[Globules blancs]]
*[[Analyse sanguine]]
*[[Estimation d'une population animale]]

==[[:Catégorie:Terre|Terre]]==
*[[Taille de la Terre]]
*[[Distances sur Terre]]
*[[Âge des roches]]

==[[:Catégorie:Gastronomie|Gastronomie]]==
*[[Unités de mesure en cuisine]]
*[[Force d'un piment]]

==Bibliographie/Webographie==

*LANGEVIN-JOLIOT, Hélène ; HAÏSSINSKI, Jacques. ''Science et culture : Repères pour une culture scientifique commune''. Éd. Apogée, 2015, 160 p. ISBN 978-2-84398-473-0
*PERDIJON, Jean. ''La mesure''. Vuibert, 2012.
*[https://www.bipm.org/ Bureau international des poids et mesures]
*[https://metrologie-francaise.lne.fr/ Réseau National de la Métrologie Française], un site du [https://www.lne.fr/ Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)]

Accueil

2021-06-21T13:50:00Z

Lea.camier : /* Généralités */

L'objectif de ce site est de vous permettre d'en savoir plus sur les
méthodes de mesures dans différents domaines. En effet, nous sommes confrontés à des résultats de mesures dans la vie quotidienne : lors d’une analyse sanguine, dans la presse, dans l’actualité scientifique, les chiffres sont partout. Or, nous ne savons pas, la plupart du temps, d’où viennent ces chiffres, comment ils sont obtenus, et encore moins qu’ils sont entachés d’[[incertitudes de mesure]].

Pour chaque page, une première partie intitulée "En bref" est destinée au grand public. Puis le sujet est développé dans la partie suivante, à destination d'un public plus averti, de niveau début de licence scientifique, ou des curieux.

Vous retrouverez à la fin de chaque page une bibliographie/webographie pour en savoir plus, ainsi que, si le sujet s'y prête, des liens vers des vidéos explicatives.

==[[:Catégorie:A propos des mesures|Généralités]]==
*[[Incertitudes de mesure]]
*[[Grandeur, valeur et unité]]

==[[:Catégorie:SI|Système International d'unités]]==

Le Système International d'unités, souvent appelé SI, est le système
d'unités actuellement utilisé dans le domaine des sciences et de la
technologie. Ce système a été adopté lors de la 9ème Conférence
Générale des Poids et Mesures (CGPM) en 1948, et le Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM) a été mandaté pour définir
ce système avec un document référence : la "Brochure sur le SI". Ce
système comporte 7 unités "de base", et de nombreuses unités dérivées
de celles-ci. La définition exacte de ces unités n'est pas fixe, et
évolue avec les progrès de la métrologie. C'est pourquoi le BIPM continue à publier de nouvelles brochures (la 8ème a été publiée en 2006, et mise à jour en 2014). L'intérêt d'un tel système est de simplifier la communication entre les acteurs du monde scientifique et technologique, quelles que soient leurs origines.

Voici les 7 unités de base du Système International :

*[[Mètre|Mètre (longueur)]]
*[[Seconde|Seconde (temps)]]
*[[Kilogramme|Kilogramme (masse)]]
*[[Kelvin|Kelvin (température)]]
*[[Ampère|Ampère (intensité du courant électrique)]]
*[[Mole|Mole (quantité de matière)]]
*[[Candela|Candela (intensité lumineuse)]]

Et pour aller plus loin sur le Système International :

*[[Unités dérivées]]
*[[Analyse dimensionnelle]]
*[[Unités réduites]]

==[[:Catégorie:Physique|Physique]]==
*[[Vitesse d'un objet]]
*[[Vitesse de la lumière]]
*[[Longueur d'onde]]
*[[Fréquence et période]]
*[[Distances dans l'univers]]

==[[:Catégorie:Biologie|Biologie]]==
*[[Globules blancs]]
*[[Analyse sanguine]]
*[[Estimation d'une population animale]]

==[[:Catégorie:Terre|Terre]]==
*[[Taille de la Terre]]
*[[Distances sur Terre]]
*[[Âge des roches]]

==[[:Catégorie:Gastronomie|Gastronomie]]==
*[[Unités de mesure en cuisine]]
*[[Force d'un piment]]

==Bibliographie/Webographie==

*LANGEVIN-JOLIOT, Hélène ; HAÏSSINSKI, Jacques. ''Science et culture : Repères pour une culture scientifique commune''. Éd. Apogée, 2015, 160 p. ISBN 978-2-84398-473-0
*PERDIJON, Jean. ''La mesure''. Vuibert, 2012.
*[https://www.bipm.org/ Bureau international des poids et mesures]
*[https://metrologie-francaise.lne.fr/ Réseau National de la Métrologie Française], un site du [https://www.lne.fr/ Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)]

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2021-06-21T13:49:17Z

Lea.camier : /* Généralités */

L'objectif de ce site est de vous permettre d'en savoir plus sur les
méthodes de mesures dans différents domaines. En effet, nous sommes confrontés à des résultats de mesures dans la vie quotidienne : lors d’une analyse sanguine, dans la presse, dans l’actualité scientifique, les chiffres sont partout. Or, nous ne savons pas, la plupart du temps, d’où viennent ces chiffres, comment ils sont obtenus, et encore moins qu’ils sont entachés d’[[incertitudes de mesure]].

Pour chaque page, une première partie intitulée "En bref" est destinée au grand public. Puis le sujet est développé dans la partie suivante, à destination d'un public plus averti, de niveau début de licence scientifique, ou des curieux.

Vous retrouverez à la fin de chaque page une bibliographie/webographie pour en savoir plus, ainsi que, si le sujet s'y prête, des liens vers des vidéos explicatives.

==[[:Catégorie:A propos des mesures|Généralités]]==
*[[Incertitudes de mesure]]
*[http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité Généralités sur la façon de mesurer]

==[[:Catégorie:SI|Système International d'unités]]==

Le Système International d'unités, souvent appelé SI, est le système
d'unités actuellement utilisé dans le domaine des sciences et de la
technologie. Ce système a été adopté lors de la 9ème Conférence
Générale des Poids et Mesures (CGPM) en 1948, et le Bureau
International des Poids et Mesures (BIPM) a été mandaté pour définir
ce système avec un document référence : la "Brochure sur le SI". Ce
système comporte 7 unités "de base", et de nombreuses unités dérivées
de celles-ci. La définition exacte de ces unités n'est pas fixe, et
évolue avec les progrès de la métrologie. C'est pourquoi le BIPM continue à publier de nouvelles brochures (la 8ème a été publiée en 2006, et mise à jour en 2014). L'intérêt d'un tel système est de simplifier la communication entre les acteurs du monde scientifique et technologique, quelles que soient leurs origines.

Voici les 7 unités de base du Système International :

*[[Mètre|Mètre (longueur)]]
*[[Seconde|Seconde (temps)]]
*[[Kilogramme|Kilogramme (masse)]]
*[[Kelvin|Kelvin (température)]]
*[[Ampère|Ampère (intensité du courant électrique)]]
*[[Mole|Mole (quantité de matière)]]
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Et pour aller plus loin sur le Système International :

*[[Unités dérivées]]
*[[Analyse dimensionnelle]]
*[[Unités réduites]]

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*[[Vitesse d'un objet]]
*[[Vitesse de la lumière]]
*[[Longueur d'onde]]
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*[[Globules blancs]]
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==[[:Catégorie:Gastronomie|Gastronomie]]==
*[[Unités de mesure en cuisine]]
*[[Force d'un piment]]

==Bibliographie/Webographie==

*LANGEVIN-JOLIOT, Hélène ; HAÏSSINSKI, Jacques. ''Science et culture : Repères pour une culture scientifique commune''. Éd. Apogée, 2015, 160 p. ISBN 978-2-84398-473-0
*PERDIJON, Jean. ''La mesure''. Vuibert, 2012.
*[https://www.bipm.org/ Bureau international des poids et mesures]
*[https://metrologie-francaise.lne.fr/ Réseau National de la Métrologie Française], un site du [https://www.lne.fr/ Laboratoire national de métrologie et d'essais (LNE)]

Kilogramme

2021-06-21T13:47:55Z

Lea.camier :

[[Catégorie:SI]]
== En bref ==

Le '''kilogramme''' (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer '''la masse'''. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck (<math> h </math>). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant définis indépendamment par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du '''kilogramme''', qui se met sous la forme d'une simple équation :

<center> <math> 1 ~kg = \left( \frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}} \right) \times m^{-2} \times s </math> </center>

où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.

* la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> .

== Une définition historique du kilogramme ==

Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un''' ''étalon'' matériel''', conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
[[File:Kilogramme_étalon.jpg|thumb|right|Prototype de kilogramme étalon]]

Il s'agissait de la dernière unité du système international à ne plus être définie à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/ Généralités sur le SI] ).

=== Histoire du kilogramme===
C'est en 1799 que le '''premier étalon du kilogramme''' est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la '''masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C'''. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour une masse fixée elle occupe un minimum de place).

Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment, dû à des procédés chimiques internes à l'étalon de platine. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une '''constante de la physique universelle'''.

Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck (<math> h </math>).

=== La balance du Watt (ou balance de Kibble) ===

[[Fichier:Schema watt.png|thumb|left|Schéma de la balance du Watt]]

La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck <math> h </math>], de la seconde, et du mètre où ces deux derniers éléments sont préalablement définis par d'autres constantes fondamentales.

Actuellement, on mesure très précisément kilogramme grâce à '''la balance du Watt'''. S'il s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.

Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes sont mesurés grâce des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de mesurer un étalon du kilogramme de façon extrêmement précise qui ne dépend que de la valeur de la constante de Planck.

== La différence entre masse et poids ==

Le '''poids''' est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe.Historiquement, il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids. La '''masse''' est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune. Le '''poids''' est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: <math>F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}}</math> avec <math>m_{1}</math> et <math>m_{2}</math> les masses des deux objets qui interagissent, <math>d</math> la distance qui les sépare et <math>G</math> la constante gravitationnelle qui vaut <math> 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2}</math>. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce que la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément <math>5,972.10^{^{24}}kg</math>) que nous restons "collés" à sa surface.

== Bibliographie/Webographie ==

*site web de l’institut fédéral de métrologie [Consulté en juin 2021] : https://www.metas.ch/metas/fr/home/fue/forschungsprojekte/wattwaage.html

*documentation du lne (laboratoire national de métrologie et d’essais) [Consulté en juin 2021] : https://documents.lne.fr/publications/actes_12e_congres_metrologie/balance_watt_systeme_guidage.pdf

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Documentation du LNE [Consulté en juin 2021] : https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/kilogramme

*Article de Achintya Rao (CERN) [Consulté en juin 2021] : https://home.cern/fr/news/news/engineering/lock-planck-kilogram-has-new-definition

*Article de Maya Wei-haas (National Geographic) [Consulté en juin 2021] : https://www.nationalgeographic.fr/sciences/2018/11/la-definition-du-kilogramme-change-voila-pourquoi-cest-important

Kelvin2

2021-06-21T13:40:36Z

Lea.camier :

<div align="justify">
{{En bref| [[File:Translational_motion.gif |redresse=0.5|right |L'origine de la température peut être expliquée par l'agitation microscopique des molécules et des atomes.]] Le kelvin (symbole K) est l'unité du système international (SI) pour la température.

La température d'un corps caractérise l'agitation des particules qui le constitue. Pour faire simple, plus les molécules de ce corps bougent, plus il est chaud. La température 0K correspond, en théorie, à la température où les particules sont immobiles. On appelle cette température le zéro absolu.

Dans la vie quotidienne, on utilise plutôt le degré Celsius (°C). Pour convertir des degrés Celsius en kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 à la valeur de la température en degrés Celsius.}}

== Comment définir le Kelvin ? ==

=== Définition officielle ===

Depuis 2018, le '''kelvin''' (symbole K), sur lequel est bâti l’échelle des températures, est défini à partir de [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Les_constante_fondamentales constantes fondamentales de la physique] . En particulier, le kelvin est défini à partir de la '''constante de Boltzmann, k'''.
La valeur de la constante k est fixée, et vaut : <math> k = 1,380 ~649 ~\times ~10^{-23} m^2 ~kg~s^{-2}~K^{-1}</math>,
Le kilogramme, le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis selon d’autres constantes de la physique (<math> c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} </math>) on peut donc déterminer exactement le kelvin à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

{{Note| La constante de Boltzmann
La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble de beaucoup de particules, plutôt que d’étudier le comportement de chacune des particules. La température telle qu’on la connaît est décrite par cette science comme l’énergie cinétique moyenne des particules (leur agitation).

C’est dans le cadre de cette science qu’a été établie au XIXeme siècle la constante de Boltzmann k, par sir William Thomson (lord Kelvin) . Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique des molécules et la température du gaz. }}

[[Fichier:Equation gaz.png|vignette|redresse=1.5|center|Equation de la théorie cinétique des gaz (physique statistique)]]

=== Définir le kelvin en pratique ===

[[Fichier:Thermomètre.png|vignette|redresse=0.2|thermomètre]]

En pratique, pour mesurer un kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann <math> k </math> grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expériences différentes qui permettent de mesurer <math> k </math> avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques. Ces méthodes officielles sont reconnues par le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures (CIPM)] qui valide les moyens de définir les unités telles que le kelvin.

* La première méthode reconnue est '''la thermométrie primaire'''. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus (la vitesse du son dans un gaz par exemple). Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Grandeur.2C_valeur_et_unit.C3.A9 grandeurs] (Volume, Pression, etc.) fixées ou mesurées, sans l'aide d'autres constantes fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer '''la constante de Boltzmann <math> k </math>'''.

* La deuxième méthode reconnue est celle des '''échelles de température'''. Cette méthode utilise les "points fixes" de températures, c'est-à-dire les températures pour lesquelles il se passe un phénomène physique connu (lorsque l'eau liquide devient de la glace par exemple). Pour cela on sélectionne une liste de phénomènes physiques (liés à des '''changements d'états''') auxquels on attribue des températures fixes, puis on crée l'échelle des températures grâce à ces phénomènes et des formules mathématiques.

{{Note|[[Fichier:Diagramme des phases.png|vignette|redresse=1|left|Diagramme des phases de l'eau c'est-à-dire l'état de l'eau en fonction de la température et de la pression]] '''Changements d'états.'''
*Toute la matière qui nous entoure peut se trouver sous '''3 états différents''' (ou phase différente) : '''solide''', '''liquide''' et '''gaz''' .

*L'état dans lequel la matière se trouve dépend surtout de la température et de la pression. Par exemple pour 25°C et à pression atmosphérique, le fer est solide, l'eau est liquide, et l'air est gazeux.

* Lorsque l'on passe d'un état à l'autre (liquide à gazeux par exemple) on observe un '''changement d'état'''. Pour des combinaisons de température et de pression particulières, un corps peut se trouver dans plusieurs états différents et être à l'équilibre . Sur le diagramme des phases il s'agit des ''lignes'' qui séparent les domaines "liquide","solide" et "gazeux".

*Le '''point triple''' que l'on peut voir sur un diagramme des phases, est le point de température et pression fixée pour lequel un élément est à la fois solide, liquide et gazeux.}}

=== Histoire du kelvin ===
[[Fichier:Lord kelvin.jpg|vignette|redresse=0.75|right|Sir William Thomson (Lord Kelvin)]]

C'est au XIXème siècle que le physicien britannique Sir William Thomson (lord Kelvin) introduit la notion de température thermodynamique, qui est basée sur l'existence d'un zéro absolu (0K) et est lié à l'agitation des particules.

Depuis 1954 et jusqu'en 2018, le kelvin était défini à partir du '''point triple de l'eau''', noté <math> T_{TPW} </math> (température pour laquelle l'eau est à la fois solide, liquide et vapeur). Ce point de référence était fixé à la température <math> T_{TPW} =273,16 ~K </math> duquel on déduisait la valeur d'un kelvin. En pratique on mesurait donc cette température à l'aide d'une '''cellule point triple de l'eau'''. Malheureusement, on a remarque que plusieurs cellules fournissaient des valeurs différentes de température car la mesure '''dépend beaucoup de la composition de l'eau''' (présence d'impuretés chimiques et caractéristiques de l'eau). Cette échelle de temperature était également '''peu fiable''' pour les valeurs de températures très éloignées de celle du point triple de l'eau. Pour toutes ces raisons, les spécialistes de métrologie (science qui étudie les unités) ont décidé de définir le kelvin à partir d'une '''constante fondamentale''' et des autres unités.

== Différence entre kelvin, degré Celsius et Fahrenheit ==

Pour les raisons historiques de la définition de la température, on l'exprime souvent en '''degré Celsius'''. Selon cette échelle, le 0°C correspond au point de congélation de l'eau, soit 273,15 K (0,1 K de moins que le point triple de l'eau) à pression atmosphérique et 100°C correspondent à la température d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique.

On passe donc de la température en kelvin à la température en degré Celsius de la façon suivante : <math> t(°C) = T(K) - 273,15~K </math> . On ne peut pas passer de l'un à l'autre par un rapport de multiplication, donc le degré celsius n'est pas une vraie unité, bien qu'il soit pratique dans l'utilisation courante.

Le '''degré Fahrenheit''', inventé par Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 est en fait plus vieux que le degré Celsius et le Kelvin. Il est encore utilisé dans certains pays comme les Etats-Unis à cause d'un concours historique de circonstances (pas de raison scientifique). Fahrenheit a déterminé son échelle en prenant la température la plus basse enregistrée dans son pays comme point le plus bas, et la température du corps humain comme point le plus haut. Pour cette échelle, la solidification de l'eau (0°C) est atteinte pour 32°F.

Finalement la relation de conversion entre degré Celsius et degré Fahrenheit est : <math> T(°F) = 1,8 \times T(°C) + 32 </math>

== Outils de mesure de la température ==

[[File:Thermoscope.jpg |thumb |left | 200px|Thermoscope de Galilée]]
===Le thermoscope===
Au début du 17e siècle, Galilée comprend que l'air se dilate avec la chaleur, et se contracte avec le froid. Il met alors au point un appareil appelé '''thermoscope'''.

Cet appareil est composé d'un ballon en verre relié à un tube fin, en verre également. Le tube est plongé dans un liquide. Lorsque le ballon, et donc l'air qui est à l'intérieur, est chaud, ce dernier se dilate et prend plus de place. Le niveau du liquide (de l'eau) présent dans le tube baisse donc. Lorsque l'air se refroidit, il se contracte, prend moins de place et le niveau du liquide augmente.

Cet appareil ne permet pas de mesurer la température à proprement parler, mais des variations de température.
[[File:Thermomètre_alcool.jpg|thumb |right| 200px |Thermomètre à alcool]]

===Thermomètre à alcool===
La plupart des thermomètres fonctionnent sur le principe de la dilatation des corps avec la chaleur. Un '''thermomètre à alcool''' est composé d'un tube de verre très fin dans lequel se trouve de l'alcool coloré. Lorsque la température augmente, l'alcool se dilate et son niveau dans le tube augmente.

Il faut alors étalonner le thermomètre pour placer les graduations au bon endroit. Pour cela, soit on compare le thermomètre à étalonner à un autre thermomètre, soit on l'étalonne par rapport à un phénomène physique dont on connait la température. Par exemple, dans l'échelle Celsius, la plus utilisée dans la vie courante, on sait que l'eau gèle à 0°C et bout à 100°C. On marque alors ces points, puis il suffit de diviser l'intervalle entre ces deux valeurs de manière régulière.
[[File:Thermomètre_galilée.jpg|thumb |left | 200px|Thermomètre de Galilée]]

===Thermomètre de Galilée===
Le '''thermomètre de Galilée''' est composé d'un tube en verre rempli d'un liquide dans lequel se trouvent des flotteurs avec une densité proche de celle du liquide. {{Note|La '''densité''' d'un corps est le rapport de sa '''masse volumique''' sur la masse volumique d'un corps de référence. L''''eau''' est la référence pour les liquides et les solides, et l''''air''' est la référence pour les gaz. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Dans le système international, elle s'exprime en <math>kg/m^{3}</math> (kilogramme par mètre cube). La masse volumique de l'eau vaut 1000<math>kg/m^{3}</math>. En effet 1L (soit 1<math>dm^{3}</math>) d'eau pèse 1kg, et il y a 1000L dans 1<math>m^{3}</math>. Ainsi, la densité de l'eau vaut 1. C'est une grandeur sans unité.}}
Sous chaque flotteur, un médaillon est accroché et indique une température. Lorsque la température de la pièce dans laquelle se trouve le thermomètre augmente, la densité du liquide diminue. Lorsque cette densité devient plus faible que la densité d'un des flotteurs, celui-ci coule. Les flotteurs coulent alors un par un lorsque la température augmente.
[[File:Thermomètre_cadran.jpg|thumb |right | 200px|Thermomètre à cadran et aiguille]]

===Thermomètre à cadran et aiguille===
Un thermomètre à cadran et aiguille fonctionne également sur le principe de la dilatation, mais de métaux cette fois. Deux lames de métaux différents sont collées l'une à l'autre, puis enroulées en spirale. Le centre de la spirale est fixé au centre du cadran, et l'extérieur est libre. Comme les deux métaux ont des coefficients de dilatation différents (c'est-à-dire qu'ils ne vont pas se dilater dans les mêmes proportions), la spirale va se déformer lorsque la température change, ce qui va déplacer la pointe extérieure et donc l'aiguille, qui indiquera la température correspondante sur le cadrant.

===Thermomètres électroniques===
====Thermistances====
Une thermistance est une résistance qui possède la propriété de varier en fonction de la température. Elles peuvent être utilisées pour des températures allant jusqu'à 300°C.{{Note|Une '''résistance''' est un élément d'un circuit électrique qui transforme l'énergie électrique en chaleur. La valeur d'une résistance est exprimée en '''ohm''' (symbole <math>\Omega </math>).}}

====Thermocouples====
Un '''thermocouple''' est un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs faits de métaux différents.

Il fonctionne à partir de deux effets:
*L'effet '''Seebeck''': dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, du courant circule s'il y a une différence de température entre les deux jonctions du circuit ;
*L'effet '''Peltier''': si on fait passer un courant dans un tel circuit, la température change.

Ainsi, selon les métaux utilisés, on peut mesurer des températures allant de -270°C à 1820°C .

====Infrarouge====
Un thermomètre à infrarouge mesure la température d'un objet à partir du rayonnement infrarouge qu'il émet.{{Note|Les rayonnements '''infrarouges''' sont des rayonnements électromagnétiques dont la [[longueur d'onde]] est comprise entre 700nm et 1mm. Ils ont une longueur d'onde supérieure au rayonnement visible et inférieure aux micro-ondes.}} Pour les températures élevées, comme un four où un incendie, un '''pyromètre''' fonctionne sur le même principe.

On peut ainsi mesurer des températures sans contact, à distance.

== Bibliographie/Webographie ==

* Laboratoire National de Métrologie et d’Essais. Le SI et la métrologie en France. EDP Sciences, 2019. ISBN : 978-2-7598-2370-3

* Site web de Futura Science. ''Kelvin'' [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-kelvin-353/

* Site web de l'institut NEEL, CNRS. ''Thermométrie'' [En ligne, Consulté en juin 2021] : http://neel-2007-2019.neel.cnrs.fr/spip.php?rubrique953

* CNRS, Le journal. ''Le SI reprend sa température''. Christophe Daussy, 2018. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-si-reprend-sa-temperature

* Météo France: ''La mesure de la température''. [en ligne]. Version 1.0 - décembre 2008. [En ligne, consulté en juin 2021]. http://files.meteofrance.com/files/education/temperature.pdf

* Version numérique du dictionnaire Larousse. ''Sir William Thomson, lord Kelvin''. [En ligne, consulté en juin 2021]. https://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/sir_William_Thomson/146665

* Site web Archi7, les sciences de tous les jours. ''Petite histoire des échelles de température''. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.archi7.net/J34/index.php/notions/77-petite-histoire-des-echelles-de-temperature

* Site web AlgoRythmes, mathématiques vivantes. ''Les degrés Fahrenheit, d'où ça vient ?''.Sonia Marichal, 2009 [En ligne, consulté en juin 2021] : http://algorythmes.blogspot.com/2009/06/les-degres-fahrenheit-dou-ca-vient.html

Kelvin

2021-06-21T13:40:23Z

Lea.camier :

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">
{{En bref| [[File:Translational_motion.gif |redresse=0.5|right |L'origine de la température peut être expliquée par l'agitation microscopique des molécules et des atomes.]] Le kelvin (symbole K) est l'unité du système international (SI) pour la température.

La température d'un corps caractérise l'agitation des particules qui le constitue. Pour faire simple, plus les molécules de ce corps bougent, plus il est chaud. La température 0K correspond, en théorie, à la température où les particules sont immobiles. On appelle cette température le zéro absolu.

Dans la vie quotidienne, on utilise plutôt le degré Celsius (°C). Pour convertir des degrés Celsius en kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 à la valeur de la température en degrés Celsius.}}

== Comment définir le Kelvin ? ==

=== Définition officielle ===

Depuis 2018, le '''kelvin''' (symbole K), sur lequel est bâti l’échelle des températures, est défini à partir de [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Les_constante_fondamentales constantes fondamentales de la physique] . En particulier, le kelvin est défini à partir de la '''constante de Boltzmann, k'''.
La valeur de la constante k est fixée, et vaut : <math> k = 1,380 ~649 ~\times ~10^{-23} m^2 ~kg~s^{-2}~K^{-1}</math>,
Le kilogramme, le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis selon d’autres constantes de la physique (<math> c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} </math>) on peut donc déterminer exactement le kelvin à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

{{Note| La constante de Boltzmann
La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble de beaucoup de particules, plutôt que d’étudier le comportement de chacune des particules. La température telle qu’on la connaît est décrite par cette science comme l’énergie cinétique moyenne des particules (leur agitation).

C’est dans le cadre de cette science qu’a été établie au XIXeme siècle la constante de Boltzmann k, par sir William Thomson (lord Kelvin) . Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique des molécules et la température du gaz. }}

[[Fichier:Equation gaz.png|vignette|redresse=1.5|center|Equation de la théorie cinétique des gaz (physique statistique)]]

=== Définir le kelvin en pratique ===

[[Fichier:Thermomètre.png|vignette|redresse=0.2|thermomètre]]

En pratique, pour mesurer un kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann <math> k </math> grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expériences différentes qui permettent de mesurer <math> k </math> avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques. Ces méthodes officielles sont reconnues par le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures (CIPM)] qui valide les moyens de définir les unités telles que le kelvin.

* La première méthode reconnue est '''la thermométrie primaire'''. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus (la vitesse du son dans un gaz par exemple). Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Grandeur.2C_valeur_et_unit.C3.A9 grandeurs] (Volume, Pression, etc.) fixées ou mesurées, sans l'aide d'autres constantes fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer '''la constante de Boltzmann <math> k </math>'''.

* La deuxième méthode reconnue est celle des '''échelles de température'''. Cette méthode utilise les "points fixes" de températures, c'est-à-dire les températures pour lesquelles il se passe un phénomène physique connu (lorsque l'eau liquide devient de la glace par exemple). Pour cela on sélectionne une liste de phénomènes physiques (liés à des '''changements d'états''') auxquels on attribue des températures fixes, puis on crée l'échelle des températures grâce à ces phénomènes et des formules mathématiques.

{{Note|[[Fichier:Diagramme des phases.png|vignette|redresse=1|left|Diagramme des phases de l'eau c'est-à-dire l'état de l'eau en fonction de la température et de la pression]] '''Changements d'états.'''
*Toute la matière qui nous entoure peut se trouver sous '''3 états différents''' (ou phase différente) : '''solide''', '''liquide''' et '''gaz''' .

*L'état dans lequel la matière se trouve dépend surtout de la température et de la pression. Par exemple pour 25°C et à pression atmosphérique, le fer est solide, l'eau est liquide, et l'air est gazeux.

* Lorsque l'on passe d'un état à l'autre (liquide à gazeux par exemple) on observe un '''changement d'état'''. Pour des combinaisons de température et de pression particulières, un corps peut se trouver dans plusieurs états différents et être à l'équilibre . Sur le diagramme des phases il s'agit des ''lignes'' qui séparent les domaines "liquide","solide" et "gazeux".

*Le '''point triple''' que l'on peut voir sur un diagramme des phases, est le point de température et pression fixée pour lequel un élément est à la fois solide, liquide et gazeux.}}

=== Histoire du kelvin ===
[[Fichier:Lord kelvin.jpg|vignette|redresse=0.75|right|Sir William Thomson (Lord Kelvin)]]

C'est au XIXème siècle que le physicien britannique Sir William Thomson (lord Kelvin) introduit la notion de température thermodynamique, qui est basée sur l'existence d'un zéro absolu (0K) et est lié à l'agitation des particules.

Depuis 1954 et jusqu'en 2018, le kelvin était défini à partir du '''point triple de l'eau''', noté <math> T_{TPW} </math> (température pour laquelle l'eau est à la fois solide, liquide et vapeur). Ce point de référence était fixé à la température <math> T_{TPW} =273,16 ~K </math> duquel on déduisait la valeur d'un kelvin. En pratique on mesurait donc cette température à l'aide d'une '''cellule point triple de l'eau'''. Malheureusement, on a remarque que plusieurs cellules fournissaient des valeurs différentes de température car la mesure '''dépend beaucoup de la composition de l'eau''' (présence d'impuretés chimiques et caractéristiques de l'eau). Cette échelle de temperature était également '''peu fiable''' pour les valeurs de températures très éloignées de celle du point triple de l'eau. Pour toutes ces raisons, les spécialistes de métrologie (science qui étudie les unités) ont décidé de définir le kelvin à partir d'une '''constante fondamentale''' et des autres unités.

== Différence entre kelvin, degré Celsius et Fahrenheit ==

Pour les raisons historiques de la définition de la température, on l'exprime souvent en '''degré Celsius'''. Selon cette échelle, le 0°C correspond au point de congélation de l'eau, soit 273,15 K (0,1 K de moins que le point triple de l'eau) à pression atmosphérique et 100°C correspondent à la température d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique.

On passe donc de la température en kelvin à la température en degré Celsius de la façon suivante : <math> t(°C) = T(K) - 273,15~K </math> . On ne peut pas passer de l'un à l'autre par un rapport de multiplication, donc le degré celsius n'est pas une vraie unité, bien qu'il soit pratique dans l'utilisation courante.

Le '''degré Fahrenheit''', inventé par Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 est en fait plus vieux que le degré Celsius et le Kelvin. Il est encore utilisé dans certains pays comme les Etats-Unis à cause d'un concours historique de circonstances (pas de raison scientifique). Fahrenheit a déterminé son échelle en prenant la température la plus basse enregistrée dans son pays comme point le plus bas, et la température du corps humain comme point le plus haut. Pour cette échelle, la solidification de l'eau (0°C) est atteinte pour 32°F.

Finalement la relation de conversion entre degré Celsius et degré Fahrenheit est : <math> T(°F) = 1,8 \times T(°C) + 32 </math>

== Outils de mesure de la température ==

[[File:Thermoscope.jpg |thumb |left | 200px|Thermoscope de Galilée]]
===Le thermoscope===
Au début du 17e siècle, Galilée comprend que l'air se dilate avec la chaleur, et se contracte avec le froid. Il met alors au point un appareil appelé '''thermoscope'''.

Cet appareil est composé d'un ballon en verre relié à un tube fin, en verre également. Le tube est plongé dans un liquide. Lorsque le ballon, et donc l'air qui est à l'intérieur, est chaud, ce dernier se dilate et prend plus de place. Le niveau du liquide (de l'eau) présent dans le tube baisse donc. Lorsque l'air se refroidit, il se contracte, prend moins de place et le niveau du liquide augmente.

Cet appareil ne permet pas de mesurer la température à proprement parler, mais des variations de température.
[[File:Thermomètre_alcool.jpg|thumb |right| 200px |Thermomètre à alcool]]

===Thermomètre à alcool===
La plupart des thermomètres fonctionnent sur le principe de la dilatation des corps avec la chaleur. Un '''thermomètre à alcool''' est composé d'un tube de verre très fin dans lequel se trouve de l'alcool coloré. Lorsque la température augmente, l'alcool se dilate et son niveau dans le tube augmente.

Il faut alors étalonner le thermomètre pour placer les graduations au bon endroit. Pour cela, soit on compare le thermomètre à étalonner à un autre thermomètre, soit on l'étalonne par rapport à un phénomène physique dont on connait la température. Par exemple, dans l'échelle Celsius, la plus utilisée dans la vie courante, on sait que l'eau gèle à 0°C et bout à 100°C. On marque alors ces points, puis il suffit de diviser l'intervalle entre ces deux valeurs de manière régulière.
[[File:Thermomètre_galilée.jpg|thumb |left | 200px|Thermomètre de Galilée]]

===Thermomètre de Galilée===
Le '''thermomètre de Galilée''' est composé d'un tube en verre rempli d'un liquide dans lequel se trouvent des flotteurs avec une densité proche de celle du liquide. {{Note|La '''densité''' d'un corps est le rapport de sa '''masse volumique''' sur la masse volumique d'un corps de référence. L''''eau''' est la référence pour les liquides et les solides, et l''''air''' est la référence pour les gaz. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Dans le système international, elle s'exprime en <math>kg/m^{3}</math> (kilogramme par mètre cube). La masse volumique de l'eau vaut 1000<math>kg/m^{3}</math>. En effet 1L (soit 1<math>dm^{3}</math>) d'eau pèse 1kg, et il y a 1000L dans 1<math>m^{3}</math>. Ainsi, la densité de l'eau vaut 1. C'est une grandeur sans unité.}}
Sous chaque flotteur, un médaillon est accroché et indique une température. Lorsque la température de la pièce dans laquelle se trouve le thermomètre augmente, la densité du liquide diminue. Lorsque cette densité devient plus faible que la densité d'un des flotteurs, celui-ci coule. Les flotteurs coulent alors un par un lorsque la température augmente.
[[File:Thermomètre_cadran.jpg|thumb |right | 200px|Thermomètre à cadran et aiguille]]

===Thermomètre à cadran et aiguille===
Un thermomètre à cadran et aiguille fonctionne également sur le principe de la dilatation, mais de métaux cette fois. Deux lames de métaux différents sont collées l'une à l'autre, puis enroulées en spirale. Le centre de la spirale est fixé au centre du cadran, et l'extérieur est libre. Comme les deux métaux ont des coefficients de dilatation différents (c'est-à-dire qu'ils ne vont pas se dilater dans les mêmes proportions), la spirale va se déformer lorsque la température change, ce qui va déplacer la pointe extérieure et donc l'aiguille, qui indiquera la température correspondante sur le cadrant.

===Thermomètres électroniques===
====Thermistances====
Une thermistance est une résistance qui possède la propriété de varier en fonction de la température. Elles peuvent être utilisées pour des températures allant jusqu'à 300°C.{{Note|Une '''résistance''' est un élément d'un circuit électrique qui transforme l'énergie électrique en chaleur. La valeur d'une résistance est exprimée en '''ohm''' (symbole <math>\Omega </math>).}}

====Thermocouples====
Un '''thermocouple''' est un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs faits de métaux différents.

Il fonctionne à partir de deux effets:
*L'effet '''Seebeck''': dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, du courant circule s'il y a une différence de température entre les deux jonctions du circuit ;
*L'effet '''Peltier''': si on fait passer un courant dans un tel circuit, la température change.

Ainsi, selon les métaux utilisés, on peut mesurer des températures allant de -270°C à 1820°C .

====Infrarouge====
Un thermomètre à infrarouge mesure la température d'un objet à partir du rayonnement infrarouge qu'il émet.{{Note|Les rayonnements '''infrarouges''' sont des rayonnements électromagnétiques dont la [[longueur d'onde]] est comprise entre 700nm et 1mm. Ils ont une longueur d'onde supérieure au rayonnement visible et inférieure aux micro-ondes.}} Pour les températures élevées, comme un four où un incendie, un '''pyromètre''' fonctionne sur le même principe.

On peut ainsi mesurer des températures sans contact, à distance.

== Bibliographie/Webographie ==

* Laboratoire National de Métrologie et d’Essais. Le SI et la métrologie en France. EDP Sciences, 2019. ISBN : 978-2-7598-2370-3

* Site web de Futura Science. ''Kelvin'' [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-kelvin-353/

* Site web de l'institut NEEL, CNRS. ''Thermométrie'' [En ligne, Consulté en juin 2021] : http://neel-2007-2019.neel.cnrs.fr/spip.php?rubrique953

* CNRS, Le journal. ''Le SI reprend sa température''. Christophe Daussy, 2018. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-si-reprend-sa-temperature

* Météo France: ''La mesure de la température''. [en ligne]. Version 1.0 - décembre 2008. [En ligne, consulté en juin 2021]. http://files.meteofrance.com/files/education/temperature.pdf

* Version numérique du dictionnaire Larousse. ''Sir William Thomson, lord Kelvin''. [En ligne, consulté en juin 2021]. https://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/sir_William_Thomson/146665

* Site web Archi7, les sciences de tous les jours. ''Petite histoire des échelles de température''. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.archi7.net/J34/index.php/notions/77-petite-histoire-des-echelles-de-temperature

* Site web AlgoRythmes, mathématiques vivantes. ''Les degrés Fahrenheit, d'où ça vient ?''.Sonia Marichal, 2009 [En ligne, consulté en juin 2021] : http://algorythmes.blogspot.com/2009/06/les-degres-fahrenheit-dou-ca-vient.html

Kilogramme2

2021-06-21T13:13:50Z

Lea.camier : /* La balance du Watt (ou balance de Kibble) */

== En bref ==

Le '''kilogramme''' (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer '''la masse'''. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck (<math> h </math>). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant définis indépendamment par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du '''kilogramme''', qui se met sous la forme d'une simple équation :

<center> <math> 1 ~kg = \left( \frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}} \right) \times m^{-2} \times s </math> </center>

où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.

* la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> .

== Une définition historique du kilogramme ==

Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un''' ''étalon'' matériel''', conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
[[File:Kilogramme_étalon.jpg|thumb|right|Prototype de kilogramme étalon]]

Il s'agissait de la dernière unité du système international à ne plus être définie à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/ Généralités sur le SI] ).

=== Histoire du kilogramme===
C'est en 1799 que le '''premier étalon du kilogramme''' est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la '''masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C'''. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour une masse fixée elle occupe un minimum de place).

Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment, dû à des procédés chimiques internes à l'étalon de platine. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une '''constante de la physique universelle'''.

Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck (<math> h </math>).

=== La balance du Watt (ou balance de Kibble) ===

[[Fichier:Schema watt.png|thumb|left|Schéma de la balance du Watt]]

La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck <math> h </math>], de la seconde, et du mètre où ces deux derniers éléments sont préalablement définis par d'autres constantes fondamentales.

Actuellement, on mesure très précisément kilogramme grâce à '''la balance du Watt'''. S'il s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.

Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes sont mesurés grâce des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de mesurer un étalon du kilogramme de façon extrêmement précise qui ne dépend que de la valeur de la constante de Planck.

== La différence entre masse et poids ==

Le '''poids''' est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe.Historiquement, il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids. La '''masse''' est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune. Le '''poids''' est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: <math>F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}}</math> avec <math>m_{1}</math> et <math>m_{2}</math> les masses des deux objets qui interagissent, <math>d</math> la distance qui les sépare et <math>G</math> la constante gravitationnelle qui vaut <math> 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2}</math>. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce que la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément <math>5,972.10^{^{24}}kg</math>) que nous restons "collés" à sa surface.

== Bibliographie/Webographie ==

*site web de l’institut fédéral de métrologie [Consulté en juin 2021] : https://www.metas.ch/metas/fr/home/fue/forschungsprojekte/wattwaage.html

*documentation du lne (laboratoire national de métrologie et d’essais) [Consulté en juin 2021] : https://documents.lne.fr/publications/actes_12e_congres_metrologie/balance_watt_systeme_guidage.pdf

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Documentation du LNE [Consulté en juin 2021] : https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/kilogramme

*Article de Achintya Rao (CERN) [Consulté en juin 2021] : https://home.cern/fr/news/news/engineering/lock-planck-kilogram-has-new-definition

*Article de Maya Wei-haas (National Geographic) [Consulté en juin 2021] : https://www.nationalgeographic.fr/sciences/2018/11/la-definition-du-kilogramme-change-voila-pourquoi-cest-important

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[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

*Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

*Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

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[[Catégorie:SI]]
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{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone 12 (les électrons sont en bleus, les neutrons en gris, et les protons en rouge)]]

Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

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[[Catégorie:SI]]
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{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

[[Fichier:Carbon drawing.png|vignette|redresse=1|Schéma d'un atome de carbone]]

Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

Fichier:Carbon drawing.png

2021-06-18T08:52:53Z

Lea.camier :

Mole2

2021-06-18T08:39:56Z

Lea.camier : /* Historiquement */

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques gouttes d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans '''12 grammes de carbone 12'''.

Mole2

2021-06-18T08:37:52Z

Lea.camier :

[[Catégorie:SI]]
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{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1} </math>. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques centilitres d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans 12 grammes de carbone 12.

Mole2

2021-06-18T08:35:22Z

Lea.camier :

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">

{{En bref| La '''mole''' ('''mol''') est l'unité du système international (SI) pour la '''quantité de matière'''. Comme la paire ou la dizaine qui désignent respectivement 2 et 10 objets, une mole désigne un "groupe" de <math>6,02214040×10^{23}</math> objets, soit environ '''602 214 milliards de milliards''' d'objets. Ce nombre, appelé '''nombre d'Avogadro''', correspond à la valeur fixée de '''la constante d'Avogadro''' <math> N_A </math>, lorsqu'elle est exprimée en unité <math> mol^{-1}. Il est utilisé en physique et en chimie pour compter des entités élémentaires (atomes, molécules, isotopes...) }}

== Historiquement ==

Le concept de ''mole'' est introduit dans les sciences physiques, et particulièrement la chimie car elles utilisent un grand nombre de particules (atomes, molécules,..). Effectivement, une molécule d'eau est environs un million de fois plus petit que l'épaisseur d'un cheveu, donc si l'on considère quelques centilitres d'eau, on a déjà une énorme quantité de particules, d'où la nécessité de travailler avec une échelle plus adaptée, la mole.

Cependant, cette unité de base très pratique n'est inclue dans le système international que depuis 1969. Depuis cette date et jusqu'en 2018, la mole était définie autrement : le nombre d'atomes présents dans 12 grammes de carbone 12.

Mole2

2021-06-18T07:35:14Z

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Kilogramme2

2021-06-17T12:46:05Z

Lea.camier : /* Histoire du kilogramme */

== En bref ==

Le '''kilogramme''' (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer '''la masse'''. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck (<math> h </math>). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant définis indépendamment par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du '''kilogramme''', qui se met sous la forme d'une simple équation :

<center> <math> 1 ~kg = \left( \frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}} \right) \times m^{-2} \times s </math> </center>

où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.

* la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> .

== Une définition historique du kilogramme ==

Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un''' ''étalon'' matériel''', conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
[[File:Kilogramme_étalon.jpg|thumb|right|Prototype de kilogramme étalon]]

Il s'agissait de la dernière unité du système international à ne plus être définie à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/ Généralités sur le SI] ).

=== Histoire du kilogramme===
C'est en 1799 que le '''premier étalon du kilogramme''' est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la '''masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C'''. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour une masse fixée elle occupe un minimum de place).

Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment, dû à des procédés chimiques internes à l'étalon de platine. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une '''constante de la physique universelle'''.

Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck (<math> h </math>).

=== La balance du Watt (ou balance de Kibble) ===

[[Fichier:Schema watt.png|thumb|left|Schéma de la balance du Watt]]

La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck <math> h </math>], de la seconde, et du mètre. Le mètre et la seconde étant déjà définies, la précision de la définition du kilogramme dépend donc de la '''précision de la mesure de la constante de Planck''' (<math> h </math>) .

Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à '''la balance du Watt'''. Si <math> h </math> s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.

Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes sont mesurés grâce des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de relier ces mesures à la valeur de la constante de Planck.

== La différence entre masse et poids ==

Le '''poids''' est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe.Historiquement, il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids. La '''masse''' est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune. Le '''poids''' est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: <math>F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}}</math> avec <math>m_{1}</math> et <math>m_{2}</math> les masses des deux objets qui interagissent, <math>d</math> la distance qui les sépare et <math>G</math> la constante gravitationnelle qui vaut <math> 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2}</math>. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce que la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément <math>5,972.10^{^{24}}kg</math>) que nous restons "collés" à sa surface.

== Bibliographie/Webographie ==

*site web de l’institut fédéral de métrologie [Consulté en juin 2021] : https://www.metas.ch/metas/fr/home/fue/forschungsprojekte/wattwaage.html

*documentation du lne (laboratoire national de métrologie et d’essais) [Consulté en juin 2021] : https://documents.lne.fr/publications/actes_12e_congres_metrologie/balance_watt_systeme_guidage.pdf

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Documentation du LNE [Consulté en juin 2021] : https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/kilogramme

*Article de Achintya Rao (CERN) [Consulté en juin 2021] : https://home.cern/fr/news/news/engineering/lock-planck-kilogram-has-new-definition

*Article de Maya Wei-haas (National Geographic) [Consulté en juin 2021] : https://www.nationalgeographic.fr/sciences/2018/11/la-definition-du-kilogramme-change-voila-pourquoi-cest-important

Grandeur, valeur et unité

2021-06-17T12:28:51Z

Lea.camier : /* Pourquoi exprimer les unités du système international en fonction des constantes fondamentales ? */

La mesure est un aspect primordial des sciences car elle permet de caractériser les objets et phénomènes que l’on observe, et d’en discuter précisément entre physiciens. Pour comprendre l’intérêt d’avoir un système international qui décrit la façon dont on exprime la mesure, il faut d’abord comprendre des notions très importantes dans ce domaine : la '''grandeur''' et '''l’unité'''.

== Grandeur, valeur et unité ==

Pour comprendre la différence entre grandeur et unité je vous propose de prendre un exemple très concret de '''mesure'''.

Imaginez que vous possédez un bâton et que vous souhaitez indiquer sa '''longueur''' à un de vos amis.
<center>[[Fichier:baton.png|frameless|Bâton]] </center>

Vous remarquez que votre ami possède le même capuchon de stylo que vous, ainsi il constituera la '''référence''' pour votre mesure.

<center>[[Fichier:Pencap.png|frameless|Capuchon de stylo]] </center>
Vous allez reporter la taille du capuchon le long du bâton afin de le mesurer.

[[Fichier:Baton&pencap.png|frameless]]

* Dans cet exemple, la '''grandeur''' mesurée correspond à la longueur du bâton , tandis que le capuchon correspond à '''l’unité''', et le résultat 5 capuchons correspond à la '''valeur''' de la longueur du bâton. L’unité est donc une grandeur de référence, qui permet de transmettre une information commune à tous, la longueur.

Il faut remarquer que l’unité, la longueur de référence est un '''choix''' !!! On aurait très bien pu décider de mesurer le bâton en unité de stylo bille.

<center>[[Fichier:Baton&pen.png|frameless]] </center>

De façon équivalente, la longueur du bâton peut également s’exprimer comme :
<center> 1 bâton = 1,75 stylos </center>

Quelle que soit l’unité de référence que l’on choisit, la vraie longueur du bâton, elle, reste inchangée. Le bâton est le même dans les 2 cas, mais la valeur de sa mesure est différente.
Ainsi, on comprend la nécessité d’imposer un système d’unités de référence (mètre, pouce, kilogramme,…), le même pour tous, car tout le monde ne possède pas une règle graduée en capuchon de stylo. Avoir un ensemble d’unités commune permet de communiquer ses mesures beaucoup plus facilement.

* Pour certaines grandeurs, il peut être nécéssaire d’utiliser une '''unité dérivée''', c’est-à-dire une combinaison de plusieurs unités. C’est le cas par exemple de la vitesse qui représente une distance pendant un temps : <math> vitesse = \frac{longueur}{temps} </math> .

* Comme expliqué plus haut, une même '''grandeur''' peut être exprimée selon des '''unités différentes''', toutes convenables. Une longueur peut donc être exprimée en mètre, kilomètre, mile (unité de mesure dans le système anglo-saxon)…. De la même façon, un temps peut être exprimé en seconde, minute, heure, etc.

* De cette façon, les unités dérivées peuvent être très variées pour une seule grandeur. La vitesse peut donc s’exprimer en kilomètre par heure (km/h) ou en mètre par seconde (m/s) ou bien encore en centimètre par minute (cm/min) et on peut passer d’une unité à l’autre en multipliant par le nombre qui convient. Tout ce qui compte c’est que la dimension, c’est-à-dire la combinaison des grandeurs, reste la même, pour la vitesse on doit toujours avoir : <math> vitesse = \frac{longueur}{temps} </math> .

; Note : '''Passage d’une unité à l’autre. '''
Pour que les unités d’une même grandeur soit cohérentes, elles doivent toutes être reliées par une multiplication.
Par exemple 1 heure = 60 x 1 minute = 60 x 60 x 1 seconde, ou encore 1 kilomètre = 1 000 x 1 mètre.

Pour récapituler :

<center>
{| class = "wikitable"
|+ Tableau récapitulatif des notions
|-
|Grandeur
|On appelle '''grandeur physique''', ou simplement grandeur, toute propriété de la science de la nature qui peut être '''mesurée''' ou calculée (ex : la longueur, la masse, la température, …)
|-
|Unité
|On appelle '''unité de mesure''' un cas particulier de la grandeur considérée qui sert de '''référence pour la mesure''' (ex : le centimètre, le kilogramme,…) et est déduite à partir d’un étalon fixée.
|-
|Unité dérivée
|On appelle unité dérivée une unité qui s'écrit comme la combinaison (multiplication et division) d'unités de base
|-
|valeur
|La valeur mesurée d’une grandeur est le produit (multiplication) de l’unité de mesure par le nombre de fois qu’il faut reporter cette unité pour obtenir la grandeur (ex : 3cm, 1,5 kg,…)
|}
</center>

Vous avez remarqué que la mesure du bâton avec le stylo paraissait moins certaine que celle avec les capuchons ? Allez donc consultez la page sur les incertitudes pour en apprendre plus sur cette notion.

== Les constantes fondamentales ==

En physique, il existe des quantités fixes et universelles qui font partie de la description du monde que l’on observe. Ces quantités peuvent être naturelles, et interviennent dans des équations de la physique, ou être techniques, et correspondent dans ce cas à un choix technique. Qu’elles soient naturelles ou techniques, ces quantités sont regroupées sous le même nom de '''constante fondamentale (ou encore constante universelle)'''.

La plus connue est probablement la vitesse de la lumière, notée c, mais en réalité on en connaît 7.

<center>
{|class="wikitable"
|+ les sept constantes définissant le SI
|-
|Constante
|Symbole
|Valeur numérique
|Unité
|-
|Fréquence de la transition hyperfine du Césium
|<math> \Delta \nu_{Cs} </math>
|<math> 9~ 192 ~631~ 770 </math>
|Hz
|-
|Vitesse de la lumière dans le vide
| <math> c </math>
|<math> 299 ~792 ~458 </math>
| <math> m.s^{-1} </math>
|-
|Constante de Planck
|<math> h </math>
|<math> 6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34} </math>
|J s
|-
|Charge élémentaire
| <math> e </math>
|<math> 1,602 ~176 ~634 \times 10^{-19} </math>
|C
|-
|Constante de Boltzmann
|<math> k </math>
|<math> 1, 380 ~649 \times 10^{-23} </math>
|<math> J ~K^{-1} </math>
|-
|Constante d'Avogadro
| <math> N_A </math>
| <math> 6,022 ~140 ~76 \times 10^{23} </math>
|<math> mol^{-1} </math>
|-
|Efficacité lumineuse
| <math> K_{cd} </math>
|683
|<math>lm W^{-1} </math>
|}
</center>

== Le système international d’unités ==

Comme expliqué dans la partie concernant les notions de grandeur et d’unité, une même grandeur peut être exprimée selon différentes unités, a priori toutes valables. Afin de faciliter la mesure et la communication d’un pays à l’autre ou d’une personne à l’autre, la plupart des pays ont choisi de s’accorder sur des unités officielles. Cet ensembles d’unités officielles est appelé '''Système International d’Unités''' (l’abréviation est « SI »)et a été officiellement défini en 1960.

Les unités de ce système sont décidées par 3 organismes internationaux : La [https://fr.wikipedia.org/wiki/Conférence_générale_des_poids_et_mesures Conférence générale des poids et mesures] (CGPM), le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures] (CIPM) et le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Bureau_international_des_poids_et_mesures Bureau international des poids et mesures] (BIPM) tous créés lors de la [https://fr.wikipedia.org/wiki/Convention_du_Mètre Convention du Mètre] en 1875 .

[[Fichier:BIPM_logo.jpg|frame|right|logo du BIPM]]

Ces unités sont au nombre de 7 :

<center>
{|class="wikitable"
|+Unités du Système International et grandeurs correspondantes
|-
|Unité du SI
|Symbole
|Grandeur qu'elle représente
|-
|Le mètre
|m
|longueur
|-
|Le kilogramme
|kg
|La masse
|-
|La seconde
|s
|Le temps
|-
|L'ampère
|A
|L'intensité du courant électrique
|-
|Le kelvin
|K
|La température
|-
|Le candela
|cd
|L'intensité lumineuse
|-
|La mole
|mol
|La quantité de matière
|}
</center>

== Pourquoi exprimer les unités du système international en fonction des constantes fondamentales ? ==

[[File:SI_image.png|left|thumb| Unités du SI, constantes fondamentales et leurs liens (Les unités sont les plus au centre)]]

Depuis les débuts de la métrologie (science qui étudie la mesure et les unités), les ''unités de base'' qui constituent le SI ont souvent changé de définition. Effectivement, on peut établir la définition d'une unité de 3 manières différentes : Ou bien l'unité est définie par un étalon physique matériel (un prototype dont la valeur vaut l'unité), ou bien l'unité est défini à partir d'une caractéristique physique (le mètre a d'abord été défini comme la 10 000 000e partie d'une moitié de méridien terrestre), ou bien on peut définir une unité de façon immatérielle, à l'aide d'une relation impliquant des constantes fondamentales de la nature.

Le kilogramme fût défini selon un '''prototype matériel''' que l'on conservait en lieu sur, et le kelvin fût défini un temps comme la température à laquelle l'eau forme des glaçons et se met à bouillir ([[https://fr.wikipedia.org/wiki/Point_triple le point triple]]). Ces définitions posent problème , car on a remarqué que les prototypes matériels (comme cela était le cas pour le kilogramme) changeait de valeur au cours du temps (à cause de procédés chimiques internes) , et certaines définitions exigeaient des réalisations pratiques idéales, qui en fait étaient impossible en pratique. De plus, le CIPM (organisme qui fixe le SI) souhaitait établir un système dans lequel les mesures des unités sont liées entre elles, ce qui le rendrait plus cohérent.

Ainsi, depuis 2018 l'ensemble des 7 unités de base sont ''définies'' à partir des constantes fondamentales de la physique, qui sont intemporelles , théoriques, et mettent en jeu des unités dérivées (ce qui permet de lier les définitions des unités de base).

Par exemple pour la nouvelle définition du kilogramme, on part de la constante de Planck (<math> h </math>) :

<math> h = 6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34} J.s = 6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34} m^2kg/s </math> où l'on a remplacé l'unité dérivée J (le joule) par la combinaison d'unité de base qui lui correspond (<math> 1 J = 1~ kg ~ m^2 ~ s^{-2} </math> )

Ensuite on retourne cette équation pour isoler '''l'unité de base''' qui nous intéresse et l'exprimer en fonction de la constante fondamentale concernée :

<math> 1 ~kg = (\frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}})\times m^{-2} \times s </math> où le mètre et la seconde sont définis indépendamment. ( la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> ).

C'est de cette façon que les unités de base du SI sont actuellement définies.

== Bibliographie/Webographie ==

* Site du réseau national de la métrologie française [consulté en juin 2021] : https://metrologie-francaise.lne.fr/fr/metrologie/unites-de-mesure-si
* Site du Bureau National des Poids et Mesures (BIPM) [consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/fr/measurement-units/si-defining-constants
* Article de Futura Science sur le point triple [consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-point-triple-15345/

Kelvin2

2021-06-17T12:08:34Z

Lea.camier : /* Définir le kelvin en pratique */

Kelvin2

2021-06-17T12:08:14Z

Lea.camier : /* Définir le kelvin en pratique */

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">
{{En bref| [[File:Translational_motion.gif |redresse=0.5|right |L'origine de la température peut être expliquée par l'agitation microscopique des molécules et des atomes.]] Le kelvin (symbole K) est l'unité du système international (SI) pour la température.

La température d'un corps caractérise l'agitation des particules qui le constitue. Pour faire simple, plus les molécules de ce corps bougent, plus il est chaud. La température 0K correspond, en théorie, à la température où les particules sont immobiles. On appelle cette température le zéro absolu.

Dans la vie quotidienne, on utilise plutôt le degré Celsius (°C). Pour convertir des degrés Celsius en kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 à la valeur de la température en degrés Celsius.}}

== Comment définir le Kelvin ? ==

=== Définition officielle ===

Depuis 2018, le '''kelvin''' (symbole K), sur lequel est bâti l’échelle des températures, est défini à partir de [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Les_constante_fondamentales constantes fondamentales de la physique] . En particulier, le kelvin est défini à partir de la '''constante de Boltzmann, k'''.
La valeur de la constante k est fixée, et vaut : <math> k = 1,380 ~649 ~\times ~10^{-23} m^2 ~kg~s^{-2}~K^{-1}</math>,
Le kilogramme, le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis selon d’autres constantes de la physique (<math> c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} </math>) on peut donc déterminer exactement le kelvin à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

{{Note| La constante de Boltzmann
La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble de beaucoup de particules, plutôt que d’étudier le comportement de chacune des particules. La température telle qu’on la connaît est décrite par cette science comme l’énergie cinétique moyenne des particules (leur agitation).

C’est dans le cadre de cette science qu’a été établie au XIXeme siècle la constante de Boltzmann k, par sir William Thomson (lord Kelvin) . Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique des molécules et la température du gaz. }}

[[Fichier:Equation gaz.png|vignette|redresse=1.5|center|Equation de la théorie cinétique des gaz (physique statistique)]]

=== Définir le kelvin en pratique ===

[[Fichier:Thermomètre.png|vignette|redresse=0.2|thermomètre]]

En pratique, pour mesurer un kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann <math> k </math> grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expériences différentes qui permettent de mesurer <math> k </math> avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques. Ces méthodes officielles sont reconnues par le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures (CIPM)] qui valide les moyens de définir les unités telles que le kelvin.

* La première méthode reconnue est '''la thermométrie primaire'''. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus (la vitesse du son dans un gaz par exemple). Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Grandeur.2C_valeur_et_unit.C3.A9 grandeurs] (Volume, Pression, etc.) fixées ou mesurées, sans l'aide d'autres constantes fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer '''la constante de Boltzmann <math> k </math>'''.

* La deuxième méthode reconnue est celle des '''échelles de température'''. Cette méthode utilise les "points fixes" de températures, c'est-à-dire les températures pour lesquelles il se passe un phénomène physique connu (lorsque l'eau liquide devient de la glace par exemple). Pour cela on sélectionne une liste de phénomènes physiques (liés à des '''changements d'états''') auxquels on attribue des températures fixes, puis on crée l'échelle des températures grâce à ces phénomènes et des formules mathématiques.

{{Note|[[Fichier:Diagramme des phases.png|vignette|redresse=1|left|Diagramme des phases de l'eau c'est-à-dire l'état de l'eau en fonction de la température et de la pression]] '''Changements d'états.'''
*Toute la matière qui nous entoure peut se trouver sous '''3 états différents''' (ou phase différente) : '''solide''', '''liquide''' et '''gazeux''' .

*L'état dans lequel la matière se trouve dépend surtout de la température et de la pression. Par exemple pour 25°C et à pression atmosphérique, le fer est solide, l'eau est liquide, et l'air est gazeux.

* Lorsque l'on passe d'un état à l'autre (liquide à gazeux par exemple) on observe un '''changement d'état'''. Pour des combinaisons de température et de pression particulières, un corps peut se trouver dans plusieurs états différents et être à l'équilibre . Sur le diagramme des phases il s'agit des ''lignes'' qui séparent les domaines "liquide","solide" et "gazeux".

*Le '''point triple''' que l'on peut voir sur un diagramme des phases, est le point de température et pression fixée pour lequel un élément est à la fois solide, liquide et gazeux.}}

=== Histoire du kelvin ===
[[Fichier:Lord kelvin.jpg|vignette|redresse=0.75|right|Sir William Thomson (Lord Kelvin)]]

C'est au XIXème siècle que le physicien britannique Sir William Thomson (lord Kelvin) introduit la notion de température thermodynamique, qui est basée sur l'existence d'un zéro absolu (0K) et est lié à l'agitation des particules.

Depuis 1954 et jusqu'en 2018, le kelvin était défini à partir du '''point triple de l'eau''', noté <math> T_{TPW} </math> (température pour laquelle l'eau est à la fois solide, liquide et vapeur). Ce point de référence était fixé à la température <math> T_{TPW} =273,16 ~K </math> duquel on déduisait la valeur d'un kelvin. En pratique on mesurait donc cette température à l'aide d'une '''cellule point triple de l'eau'''. Malheureusement, on a remarque que plusieurs cellules fournissaient des valeurs différentes de température car la mesure '''dépend beaucoup de la composition de l'eau''' (présence d'impuretés chimiques et caractéristiques de l'eau). Cette échelle de temperature était également '''peu fiable''' pour les valeurs de températures très éloignées de celle du point triple de l'eau. Pour toutes ces raisons, les spécialistes de métrologie (science qui étudie les unités) ont décidé de définir le kelvin à partir d'une '''constante fondamentale''' et des autres unités.

== Différence entre kelvin, degré Celsius et Fahrenheit ==

Pour les raisons historiques de la définition de la température, on l'exprime souvent en '''degré Celsius'''. Selon cette échelle, le 0°C correspond au point de congélation de l'eau, soit 273,15 K (0,1 K de moins que le point triple de l'eau) à pression atmosphérique et 100°C correspondent à la température d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique.

On passe donc de la température en kelvin à la température en degré Celsius de la façon suivante : <math> t(°C) = T(K) - 273,15~K </math> . On ne peut pas passer de l'un à l'autre par un rapport de multiplication, donc le degré celsius n'est pas une vraie unité, bien qu'il soit pratique dans l'utilisation courante.

Le '''degré Fahrenheit''', inventé par Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 est en fait plus vieux que le degré Celsius et le Kelvin. Il est encore utilisé dans certains pays comme les Etats-Unis à cause d'un concours historique de circonstances (pas de raison scientifique). Fahrenheit a déterminé son échelle en prenant la température la plus basse enregistrée dans son pays comme point le plus bas, et la température du corps humain comme point le plus haut. Pour cette échelle, la solidification de l'eau (0°C) est atteinte pour 32°F.

Finalement la relation de conversion entre degré Celsius et degré Fahrenheit est : <math> T(°F) = 1,8 \times T(°C) + 32 </math>

== Outils de mesure de la température ==

[[File:Thermoscope.jpg |thumb |left | 200px|Thermoscope de Galilée]]
===Le thermoscope===
Au début du 17e siècle, Galilée comprend que l'air se dilate avec la chaleur, et se contracte avec le froid. Il met alors au point un appareil appelé '''thermoscope'''.

Cet appareil est composé d'un ballon en verre relié à un tube fin, en verre également. Le tube est plongé dans un liquide. Lorsque le ballon, et donc l'air qui est à l'intérieur, est chaud, ce dernier se dilate et prend plus de place. Le niveau du liquide (de l'eau) présent dans le tube baisse donc. Lorsque l'air se refroidit, il se contracte, prend moins de place et le niveau du liquide augmente.

Cet appareil ne permet pas de mesurer la température à proprement parler, mais des variations de température.
[[File:Thermomètre_alcool.jpg|thumb |right| 200px |Thermomètre à alcool]]

===Thermomètre à alcool===
La plupart des thermomètres fonctionnent sur le principe de la dilatation des corps avec la chaleur. Un '''thermomètre à alcool''' est composé d'un tube de verre très fin dans lequel se trouve de l'alcool coloré. Lorsque la température augmente, l'alcool se dilate et son niveau dans le tube augmente.

Il faut alors étalonner le thermomètre pour placer les graduations au bon endroit. Pour cela, soit on compare le thermomètre à étalonner à un autre thermomètre, soit on l'étalonne par rapport à un phénomène physique dont on connait la température. Par exemple, dans l'échelle Celsius, la plus utilisée dans la vie courante, on sait que l'eau gèle à 0°C et bout à 100°C. On marque alors ces points, puis il suffit de diviser l'intervalle entre ces deux valeurs de manière régulière.
[[File:Thermomètre_galilée.jpg|thumb |left | 200px|Thermomètre de Galilée]]

===Thermomètre de Galilée===
Le '''thermomètre de Galilée''' est composé d'un tube en verre rempli d'un liquide dans lequel se trouvent des flotteurs avec une densité proche de celle du liquide. {{Note|La '''densité''' d'un corps est le rapport de sa '''masse volumique''' sur la masse volumique d'un corps de référence. L''''eau''' est la référence pour les liquides et les solides, et l''''air''' est la référence pour les gaz. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Dans le système international, elle s'exprime en <math>kg/m^{3}</math> (kilogramme par mètre cube). La masse volumique de l'eau vaut 1000<math>kg/m^{3}</math>. En effet 1L (soit 1<math>dm^{3}</math>) d'eau pèse 1kg, et il y a 1000L dans 1<math>m^{3}</math>. Ainsi, la densité de l'eau vaut 1. C'est une grandeur sans unité.}}
Sous chaque flotteur, un médaillon est accroché et indique une température. Lorsque la température de la pièce dans laquelle se trouve le thermomètre augmente, la densité du liquide diminue. Lorsque cette densité devient plus faible que la densité d'un des flotteurs, celui-ci coule. Les flotteurs coulent alors un par un lorsque la température augmente.
[[File:Thermomètre_cadran.jpg|thumb |right | 200px|Thermomètre à cadran et aiguille]]

===Thermomètre à cadran et aiguille===
Un thermomètre à cadran et aiguille fonctionne également sur le principe de la dilatation, mais de métaux cette fois. Deux lames de métaux différents sont collées l'une à l'autre, puis enroulées en spirale. Le centre de la spirale est fixé au centre du cadran, et l'extérieur est libre. Comme les deux métaux ont des coefficients de dilatation différents (c'est-à-dire qu'ils ne vont pas se dilater dans les mêmes proportions), la spirale va se déformer lorsque la température change, ce qui va déplacer la pointe extérieure et donc l'aiguille, qui indiquera la température correspondante sur le cadrant.

===Thermomètres électroniques===
====Thermistances====
Une thermistance est une résistance qui possède la propriété de varier en fonction de la température. Elles peuvent être utilisées pour des températures allant jusqu'à 300°C.{{Note|Une '''résistance''' est un élément d'un circuit électrique qui transforme l'énergie électrique en chaleur. La valeur d'une résistance est exprimée en '''ohm''' (symbole <math>\Omega </math>).}}

====Thermocouples====
Un '''thermocouple''' est un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs faits de métaux différents.

Il fonctionne à partir de deux effets:
*L'effet '''Seebeck''': dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, du courant circule s'il y a une différence de température entre les deux jonctions du circuit ;
*L'effet '''Peltier''': si on fait passer un courant dans un tel circuit, la température change.

Ainsi, selon les métaux utilisés, on peut mesurer des températures allant de -270°C à 1820°C .

====Infrarouge====
Un thermomètre à infrarouge mesure la température d'un objet à partir du rayonnement infrarouge qu'il émet.{{Note|Les rayonnements '''infrarouges''' sont des rayonnements électromagnétiques dont la [[longueur d'onde]] est comprise entre 700nm et 1mm. Ils ont une longueur d'onde supérieure au rayonnement visible et inférieure aux micro-ondes.}} Pour les températures élevées, comme un four où un incendie, un '''pyromètre''' fonctionne sur le même principe.

On peut ainsi mesurer des températures sans contact, à distance.

== Bibliographie/Webographie ==

* Laboratoire National de Métrologie et d’Essais. Le SI et la métrologie en France. EDP Sciences, 2019. ISBN : 978-2-7598-2370-3

* Site web de Futura Science. ''Kelvin'' [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-kelvin-353/

* Site web de l'institut NEEL, CNRS. ''Thermométrie'' [En ligne, Consulté en juin 2021] : http://neel-2007-2019.neel.cnrs.fr/spip.php?rubrique953

* CNRS, Le journal. ''Le SI reprend sa température''. Christophe Daussy, 2018. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-si-reprend-sa-temperature

* Météo France: ''La mesure de la température''. [en ligne]. Version 1.0 - décembre 2008. [En ligne, consulté en juin 2021]. http://files.meteofrance.com/files/education/temperature.pdf

* Version numérique du dictionnaire Larousse. ''Sir William Thomson, lord Kelvin''. [En ligne, consulté en juin 2021]. https://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/sir_William_Thomson/146665

* Site web Archi7, les sciences de tous les jours. ''Petite histoire des échelles de température''. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.archi7.net/J34/index.php/notions/77-petite-histoire-des-echelles-de-temperature

* Site web AlgoRythmes, mathématiques vivantes. ''Les degrés Fahrenheit, d'où ça vient ?''.Sonia Marichal, 2009 [En ligne, consulté en juin 2021] : http://algorythmes.blogspot.com/2009/06/les-degres-fahrenheit-dou-ca-vient.html

Kelvin2

2021-06-17T12:02:57Z

Lea.camier : /* Comment définir le Kelvin ? */

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">
{{En bref| [[File:Translational_motion.gif |redresse=0.5|right |L'origine de la température peut être expliquée par l'agitation microscopique des molécules et des atomes.]] Le kelvin (symbole K) est l'unité du système international (SI) pour la température.

La température d'un corps caractérise l'agitation des particules qui le constitue. Pour faire simple, plus les molécules de ce corps bougent, plus il est chaud. La température 0K correspond, en théorie, à la température où les particules sont immobiles. On appelle cette température le zéro absolu.

Dans la vie quotidienne, on utilise plutôt le degré Celsius (°C). Pour convertir des degrés Celsius en kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 à la valeur de la température en degrés Celsius.}}

== Comment définir le Kelvin ? ==

=== Définition officielle ===

Depuis 2018, le '''kelvin''' (symbole K), sur lequel est bâti l’échelle des températures, est défini à partir de [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Les_constante_fondamentales constantes fondamentales de la physique] . En particulier, le kelvin est défini à partir de la '''constante de Boltzmann, k'''.
La valeur de la constante k est fixée, et vaut : <math> k = 1,380 ~649 ~\times ~10^{-23} m^2 ~kg~s^{-2}~K^{-1}</math>,
Le kilogramme, le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis selon d’autres constantes de la physique (<math> c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} </math>) on peut donc déterminer exactement le kelvin à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

{{Note| La constante de Boltzmann
La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble de beaucoup de particules, plutôt que d’étudier le comportement de chacune des particules. La température telle qu’on la connaît est décrite par cette science comme l’énergie cinétique moyenne des particules (leur agitation).

C’est dans le cadre de cette science qu’a été établie au XIXeme siècle la constante de Boltzmann k, par sir William Thomson (lord Kelvin) . Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique des molécules et la température du gaz. }}

[[Fichier:Equation gaz.png|vignette|redresse=1.5|center|Equation de la théorie cinétique des gaz (physique statistique)]]

=== Définir le kelvin en pratique ===

[[Fichier:Thermomètre.png|vignette|redresse=0.2|thermomètre]]

En pratique, pour mesurer un kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann <math> k </math> grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expériences différentes qui permettent de mesurer <math> k </math> avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques. Ces méthodes officielles sont reconnues par le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures (CIPM)] qui valide les moyens de définir les unités telles que le kelvin.

* La première méthode reconnue est '''la thermométrie primaire'''. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus (la vitesse du son dans un gaz par exemple). Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Grandeur.2C_valeur_et_unit.C3.A9 grandeurs] (Volume, Pression, etc.) fixées ou mesurées, sans l'aide d'autres constantes fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer '''la constante de Boltzmann <math> k </math>'''.

* La deuxième méthode reconnue est celle des '''échelles de température'''. Cette méthode utilise les "points fixes" de températures, c'est-à-dire les températures pour lesquelles il se passe un phénomène physique connu (lorsque l'eau liquide devient de la glace par exemple). Pour cela on sélectionne une liste de phénomènes physiques (liés à des '''changements d'états''') auxquels on attribue des températures fixes, puis on crée l'échelle des températures grâce à ces phénomènes et des formules mathématiques.

{{Note|[[Fichier:Diagramme des phases.png|vignette|redresse=1|left|Diagramme des phases de l'eau c'est-à-dire l'état de l'eau en fonction de la température et de la pression]] '''Changements d'états.'''
*Toute la matière qui nous entoure peut se trouver sous '''3 états différents''' (ou phase différente) : '''solide''', '''liquide''' et '''gazeux''' .

*L'état dans lequel la matière se trouve dépend surtout de la température et de la pression. Par exemple pour 25°C et à pression atmosphérique, le fer est solide, l'eau est liquide, et l'air est gazeux.

* Lorsque l'on passe d'un état à l'autre (liquide à gazeux par exemple) on observe un '''changement d'état'''.

*Le '''point triple''' que l'on peut voir sur un diagramme des phases, est le point de température et pression fixée pour lequel un élément est à la fois solide, liquide et gazeux.}}

=== Histoire du kelvin ===
[[Fichier:Lord kelvin.jpg|vignette|redresse=0.75|right|Sir William Thomson (Lord Kelvin)]]

C'est au XIXème siècle que le physicien britannique Sir William Thomson (lord Kelvin) introduit la notion de température thermodynamique, qui est basée sur l'existence d'un zéro absolu (0K) et est lié à l'agitation des particules.

Depuis 1954 et jusqu'en 2018, le kelvin était défini à partir du '''point triple de l'eau''', noté <math> T_{TPW} </math> (température pour laquelle l'eau est à la fois solide, liquide et vapeur). Ce point de référence était fixé à la température <math> T_{TPW} =273,16 ~K </math> duquel on déduisait la valeur d'un kelvin. En pratique on mesurait donc cette température à l'aide d'une '''cellule point triple de l'eau'''. Malheureusement, on a remarque que plusieurs cellules fournissaient des valeurs différentes de température car la mesure '''dépend beaucoup de la composition de l'eau''' (présence d'impuretés chimiques et caractéristiques de l'eau). Cette échelle de temperature était également '''peu fiable''' pour les valeurs de températures très éloignées de celle du point triple de l'eau. Pour toutes ces raisons, les spécialistes de métrologie (science qui étudie les unités) ont décidé de définir le kelvin à partir d'une '''constante fondamentale''' et des autres unités.

== Différence entre kelvin, degré Celsius et Fahrenheit ==

Pour les raisons historiques de la définition de la température, on l'exprime souvent en '''degré Celsius'''. Selon cette échelle, le 0°C correspond au point de congélation de l'eau, soit 273,15 K (0,1 K de moins que le point triple de l'eau) à pression atmosphérique et 100°C correspondent à la température d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique.

On passe donc de la température en kelvin à la température en degré Celsius de la façon suivante : <math> t(°C) = T(K) - 273,15~K </math> . On ne peut pas passer de l'un à l'autre par un rapport de multiplication, donc le degré celsius n'est pas une vraie unité, bien qu'il soit pratique dans l'utilisation courante.

Le '''degré Fahrenheit''', inventé par Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 est en fait plus vieux que le degré Celsius et le Kelvin. Il est encore utilisé dans certains pays comme les Etats-Unis à cause d'un concours historique de circonstances (pas de raison scientifique). Fahrenheit a déterminé son échelle en prenant la température la plus basse enregistrée dans son pays comme point le plus bas, et la température du corps humain comme point le plus haut. Pour cette échelle, la solidification de l'eau (0°C) est atteinte pour 32°F.

Finalement la relation de conversion entre degré Celsius et degré Fahrenheit est : <math> T(°F) = 1,8 \times T(°C) + 32 </math>

== Outils de mesure de la température ==

[[File:Thermoscope.jpg |thumb |left | 200px|Thermoscope de Galilée]]
===Le thermoscope===
Au début du 17e siècle, Galilée comprend que l'air se dilate avec la chaleur, et se contracte avec le froid. Il met alors au point un appareil appelé '''thermoscope'''.

Cet appareil est composé d'un ballon en verre relié à un tube fin, en verre également. Le tube est plongé dans un liquide. Lorsque le ballon, et donc l'air qui est à l'intérieur, est chaud, ce dernier se dilate et prend plus de place. Le niveau du liquide (de l'eau) présent dans le tube baisse donc. Lorsque l'air se refroidit, il se contracte, prend moins de place et le niveau du liquide augmente.

Cet appareil ne permet pas de mesurer la température à proprement parler, mais des variations de température.
[[File:Thermomètre_alcool.jpg|thumb |right| 200px |Thermomètre à alcool]]

===Thermomètre à alcool===
La plupart des thermomètres fonctionnent sur le principe de la dilatation des corps avec la chaleur. Un '''thermomètre à alcool''' est composé d'un tube de verre très fin dans lequel se trouve de l'alcool coloré. Lorsque la température augmente, l'alcool se dilate et son niveau dans le tube augmente.

Il faut alors étalonner le thermomètre pour placer les graduations au bon endroit. Pour cela, soit on compare le thermomètre à étalonner à un autre thermomètre, soit on l'étalonne par rapport à un phénomène physique dont on connait la température. Par exemple, dans l'échelle Celsius, la plus utilisée dans la vie courante, on sait que l'eau gèle à 0°C et bout à 100°C. On marque alors ces points, puis il suffit de diviser l'intervalle entre ces deux valeurs de manière régulière.
[[File:Thermomètre_galilée.jpg|thumb |left | 200px|Thermomètre de Galilée]]

===Thermomètre de Galilée===
Le '''thermomètre de Galilée''' est composé d'un tube en verre rempli d'un liquide dans lequel se trouvent des flotteurs avec une densité proche de celle du liquide. {{Note|La '''densité''' d'un corps est le rapport de sa '''masse volumique''' sur la masse volumique d'un corps de référence. L''''eau''' est la référence pour les liquides et les solides, et l''''air''' est la référence pour les gaz. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Dans le système international, elle s'exprime en <math>kg/m^{3}</math> (kilogramme par mètre cube). La masse volumique de l'eau vaut 1000<math>kg/m^{3}</math>. En effet 1L (soit 1<math>dm^{3}</math>) d'eau pèse 1kg, et il y a 1000L dans 1<math>m^{3}</math>. Ainsi, la densité de l'eau vaut 1. C'est une grandeur sans unité.}}
Sous chaque flotteur, un médaillon est accroché et indique une température. Lorsque la température de la pièce dans laquelle se trouve le thermomètre augmente, la densité du liquide diminue. Lorsque cette densité devient plus faible que la densité d'un des flotteurs, celui-ci coule. Les flotteurs coulent alors un par un lorsque la température augmente.
[[File:Thermomètre_cadran.jpg|thumb |right | 200px|Thermomètre à cadran et aiguille]]

===Thermomètre à cadran et aiguille===
Un thermomètre à cadran et aiguille fonctionne également sur le principe de la dilatation, mais de métaux cette fois. Deux lames de métaux différents sont collées l'une à l'autre, puis enroulées en spirale. Le centre de la spirale est fixé au centre du cadran, et l'extérieur est libre. Comme les deux métaux ont des coefficients de dilatation différents (c'est-à-dire qu'ils ne vont pas se dilater dans les mêmes proportions), la spirale va se déformer lorsque la température change, ce qui va déplacer la pointe extérieure et donc l'aiguille, qui indiquera la température correspondante sur le cadrant.

===Thermomètres électroniques===
====Thermistances====
Une thermistance est une résistance qui possède la propriété de varier en fonction de la température. Elles peuvent être utilisées pour des températures allant jusqu'à 300°C.{{Note|Une '''résistance''' est un élément d'un circuit électrique qui transforme l'énergie électrique en chaleur. La valeur d'une résistance est exprimée en '''ohm''' (symbole <math>\Omega </math>).}}

====Thermocouples====
Un '''thermocouple''' est un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs faits de métaux différents.

Il fonctionne à partir de deux effets:
*L'effet '''Seebeck''': dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, du courant circule s'il y a une différence de température entre les deux jonctions du circuit ;
*L'effet '''Peltier''': si on fait passer un courant dans un tel circuit, la température change.

Ainsi, selon les métaux utilisés, on peut mesurer des températures allant de -270°C à 1820°C .

====Infrarouge====
Un thermomètre à infrarouge mesure la température d'un objet à partir du rayonnement infrarouge qu'il émet.{{Note|Les rayonnements '''infrarouges''' sont des rayonnements électromagnétiques dont la [[longueur d'onde]] est comprise entre 700nm et 1mm. Ils ont une longueur d'onde supérieure au rayonnement visible et inférieure aux micro-ondes.}} Pour les températures élevées, comme un four où un incendie, un '''pyromètre''' fonctionne sur le même principe.

On peut ainsi mesurer des températures sans contact, à distance.

== Bibliographie/Webographie ==

* Laboratoire National de Métrologie et d’Essais. Le SI et la métrologie en France. EDP Sciences, 2019. ISBN : 978-2-7598-2370-3

* Site web de Futura Science. ''Kelvin'' [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-kelvin-353/

* Site web de l'institut NEEL, CNRS. ''Thermométrie'' [En ligne, Consulté en juin 2021] : http://neel-2007-2019.neel.cnrs.fr/spip.php?rubrique953

* CNRS, Le journal. ''Le SI reprend sa température''. Christophe Daussy, 2018. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-si-reprend-sa-temperature

* Météo France: ''La mesure de la température''. [en ligne]. Version 1.0 - décembre 2008. [En ligne, consulté en juin 2021]. http://files.meteofrance.com/files/education/temperature.pdf

* Version numérique du dictionnaire Larousse. ''Sir William Thomson, lord Kelvin''. [En ligne, consulté en juin 2021]. https://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/sir_William_Thomson/146665

* Site web Archi7, les sciences de tous les jours. ''Petite histoire des échelles de température''. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.archi7.net/J34/index.php/notions/77-petite-histoire-des-echelles-de-temperature

* Site web AlgoRythmes, mathématiques vivantes. ''Les degrés Fahrenheit, d'où ça vient ?''.Sonia Marichal, 2009 [En ligne, consulté en juin 2021] : http://algorythmes.blogspot.com/2009/06/les-degres-fahrenheit-dou-ca-vient.html

Kelvin2

2021-06-17T12:01:10Z

Lea.camier :

[[Catégorie:SI]]
<div align="justify">
{{En bref| [[File:Translational_motion.gif |redresse=0.5|right |L'origine de la température peut être expliquée par l'agitation microscopique des molécules et des atomes.]] Le kelvin (symbole K) est l'unité du système international (SI) pour la température.

La température d'un corps caractérise l'agitation des particules qui le constitue. Pour faire simple, plus les molécules de ce corps bougent, plus il est chaud. La température 0K correspond, en théorie, à la température où les particules sont immobiles. On appelle cette température le zéro absolu.

Dans la vie quotidienne, on utilise plutôt le degré Celsius (°C). Pour convertir des degrés Celsius en kelvin, il suffit d'ajouter 273,15 à la valeur de la température en degrés Celsius.}}

== Comment définir le Kelvin ? ==

=== Définition officielle ===

Depuis 2018, le '''kelvin''' (symbole K), sur lequel est bâti l’échelle des températures, est défini à partir de [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Les_constante_fondamentales constantes fondamentales de la physique] . En particulier, le kelvin est défini à partir de la '''constante de Boltzmann, k'''.
La valeur de la constante k est fixée, et vaut : <math> k = 1,380 ~649 ~\times ~10^{-23} </math>
Le kilogramme, le mètre et la seconde sont eux-mêmes définis selon d’autres constantes de la physique (<math> c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} </math>) on peut donc déterminer exactement le kelvin à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

{{Note| La constante de Boltzmann
La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble de beaucoup de particules, plutôt que d’étudier le comportement de chacune des particules. La température telle qu’on la connaît est décrite par cette science comme l’énergie cinétique moyenne des particules (leur agitation).

C’est dans le cadre de cette science qu’a été établie au XIXeme siècle la constante de Boltzmann k, par sir William Thomson (lord Kelvin) . Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique des molécules et la température du gaz. }}

[[Fichier:Equation gaz.png|vignette|redresse=1.5|center|Equation de la théorie cinétique des gaz (physique statistique)]]

=== Définir le kelvin en pratique ===

[[Fichier:Thermomètre.png|vignette|redresse=0.2|thermomètre]]

En pratique, pour mesurer un kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann <math> k </math> grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expériences différentes qui permettent de mesurer <math> k </math> avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques. Ces méthodes officielles sont reconnues par le [https://fr.wikipedia.org/wiki/Comité_international_des_poids_et_mesures Comité international des poids et mesures (CIPM)] qui valide les moyens de définir les unités telles que le kelvin.

* La première méthode reconnue est '''la thermométrie primaire'''. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus (la vitesse du son dans un gaz par exemple). Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/Grandeur,_valeur_et_unité#Grandeur.2C_valeur_et_unit.C3.A9 grandeurs] (Volume, Pression, etc.) fixées ou mesurées, sans l'aide d'autres constantes fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer '''la constante de Boltzmann <math> k </math>'''.

* La deuxième méthode reconnue est celle des '''échelles de température'''. Cette méthode utilise les "points fixes" de températures, c'est-à-dire les températures pour lesquelles il se passe un phénomène physique connu (lorsque l'eau liquide devient de la glace par exemple). Pour cela on sélectionne une liste de phénomènes physiques (liés à des '''changements d'états''') auxquels on attribue des températures fixes, puis on crée l'échelle des températures grâce à ces phénomènes et des formules mathématiques.

{{Note|[[Fichier:Diagramme des phases.png|vignette|redresse=1|left|Diagramme des phases de l'eau c'est-à-dire l'état de l'eau en fonction de la température et de la pression]] '''Changements d'états.'''
*Toute la matière qui nous entoure peut se trouver sous '''3 états différents''' (ou phase différente) : '''solide''', '''liquide''' et '''gazeux''' .

*L'état dans lequel la matière se trouve dépend surtout de la température et de la pression. Par exemple pour 25°C et à pression atmosphérique, le fer est solide, l'eau est liquide, et l'air est gazeux.

* Lorsque l'on passe d'un état à l'autre (liquide à gazeux par exemple) on observe un '''changement d'état'''.

*Le '''point triple''' que l'on peut voir sur un diagramme des phases, est le point de température et pression fixée pour lequel un élément est à la fois solide, liquide et gazeux.}}

=== Histoire du kelvin ===
[[Fichier:Lord kelvin.jpg|vignette|redresse=0.75|right|Sir William Thomson (Lord Kelvin)]]

C'est au XIXème siècle que le physicien britannique Sir William Thomson (lord Kelvin) introduit la notion de température thermodynamique, qui est basée sur l'existence d'un zéro absolu (0K) et est lié à l'agitation des particules.

Depuis 1954 et jusqu'en 2018, le kelvin était défini à partir du '''point triple de l'eau''', noté <math> T_{TPW} </math> (température pour laquelle l'eau est à la fois solide, liquide et vapeur). Ce point de référence était fixé à la température <math> T_{TPW} =273,16 ~K </math> duquel on déduisait la valeur d'un kelvin. En pratique on mesurait donc cette température à l'aide d'une '''cellule point triple de l'eau'''. Malheureusement, on a remarque que plusieurs cellules fournissaient des valeurs différentes de température car la mesure '''dépend beaucoup de la composition de l'eau''' (présence d'impuretés chimiques et caractéristiques de l'eau). Cette échelle de temperature était également '''peu fiable''' pour les valeurs de températures très éloignées de celle du point triple de l'eau. Pour toutes ces raisons, les spécialistes de métrologie (science qui étudie les unités) ont décidé de définir le kelvin à partir d'une '''constante fondamentale''' et des autres unités.

== Différence entre kelvin, degré Celsius et Fahrenheit ==

Pour les raisons historiques de la définition de la température, on l'exprime souvent en '''degré Celsius'''. Selon cette échelle, le 0°C correspond au point de congélation de l'eau, soit 273,15 K (0,1 K de moins que le point triple de l'eau) à pression atmosphérique et 100°C correspondent à la température d'ébullition de l'eau à pression atmosphérique.

On passe donc de la température en kelvin à la température en degré Celsius de la façon suivante : <math> t(°C) = T(K) - 273,15~K </math> . On ne peut pas passer de l'un à l'autre par un rapport de multiplication, donc le degré celsius n'est pas une vraie unité, bien qu'il soit pratique dans l'utilisation courante.

Le '''degré Fahrenheit''', inventé par Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724 est en fait plus vieux que le degré Celsius et le Kelvin. Il est encore utilisé dans certains pays comme les Etats-Unis à cause d'un concours historique de circonstances (pas de raison scientifique). Fahrenheit a déterminé son échelle en prenant la température la plus basse enregistrée dans son pays comme point le plus bas, et la température du corps humain comme point le plus haut. Pour cette échelle, la solidification de l'eau (0°C) est atteinte pour 32°F.

Finalement la relation de conversion entre degré Celsius et degré Fahrenheit est : <math> T(°F) = 1,8 \times T(°C) + 32 </math>

== Outils de mesure de la température ==

[[File:Thermoscope.jpg |thumb |left | 200px|Thermoscope de Galilée]]
===Le thermoscope===
Au début du 17e siècle, Galilée comprend que l'air se dilate avec la chaleur, et se contracte avec le froid. Il met alors au point un appareil appelé '''thermoscope'''.

Cet appareil est composé d'un ballon en verre relié à un tube fin, en verre également. Le tube est plongé dans un liquide. Lorsque le ballon, et donc l'air qui est à l'intérieur, est chaud, ce dernier se dilate et prend plus de place. Le niveau du liquide (de l'eau) présent dans le tube baisse donc. Lorsque l'air se refroidit, il se contracte, prend moins de place et le niveau du liquide augmente.

Cet appareil ne permet pas de mesurer la température à proprement parler, mais des variations de température.
[[File:Thermomètre_alcool.jpg|thumb |right| 200px |Thermomètre à alcool]]

===Thermomètre à alcool===
La plupart des thermomètres fonctionnent sur le principe de la dilatation des corps avec la chaleur. Un '''thermomètre à alcool''' est composé d'un tube de verre très fin dans lequel se trouve de l'alcool coloré. Lorsque la température augmente, l'alcool se dilate et son niveau dans le tube augmente.

Il faut alors étalonner le thermomètre pour placer les graduations au bon endroit. Pour cela, soit on compare le thermomètre à étalonner à un autre thermomètre, soit on l'étalonne par rapport à un phénomène physique dont on connait la température. Par exemple, dans l'échelle Celsius, la plus utilisée dans la vie courante, on sait que l'eau gèle à 0°C et bout à 100°C. On marque alors ces points, puis il suffit de diviser l'intervalle entre ces deux valeurs de manière régulière.
[[File:Thermomètre_galilée.jpg|thumb |left | 200px|Thermomètre de Galilée]]

===Thermomètre de Galilée===
Le '''thermomètre de Galilée''' est composé d'un tube en verre rempli d'un liquide dans lequel se trouvent des flotteurs avec une densité proche de celle du liquide. {{Note|La '''densité''' d'un corps est le rapport de sa '''masse volumique''' sur la masse volumique d'un corps de référence. L''''eau''' est la référence pour les liquides et les solides, et l''''air''' est la référence pour les gaz. La masse volumique correspond à la masse par unité de volume. Dans le système international, elle s'exprime en <math>kg/m^{3}</math> (kilogramme par mètre cube). La masse volumique de l'eau vaut 1000<math>kg/m^{3}</math>. En effet 1L (soit 1<math>dm^{3}</math>) d'eau pèse 1kg, et il y a 1000L dans 1<math>m^{3}</math>. Ainsi, la densité de l'eau vaut 1. C'est une grandeur sans unité.}}
Sous chaque flotteur, un médaillon est accroché et indique une température. Lorsque la température de la pièce dans laquelle se trouve le thermomètre augmente, la densité du liquide diminue. Lorsque cette densité devient plus faible que la densité d'un des flotteurs, celui-ci coule. Les flotteurs coulent alors un par un lorsque la température augmente.
[[File:Thermomètre_cadran.jpg|thumb |right | 200px|Thermomètre à cadran et aiguille]]

===Thermomètre à cadran et aiguille===
Un thermomètre à cadran et aiguille fonctionne également sur le principe de la dilatation, mais de métaux cette fois. Deux lames de métaux différents sont collées l'une à l'autre, puis enroulées en spirale. Le centre de la spirale est fixé au centre du cadran, et l'extérieur est libre. Comme les deux métaux ont des coefficients de dilatation différents (c'est-à-dire qu'ils ne vont pas se dilater dans les mêmes proportions), la spirale va se déformer lorsque la température change, ce qui va déplacer la pointe extérieure et donc l'aiguille, qui indiquera la température correspondante sur le cadrant.

===Thermomètres électroniques===
====Thermistances====
Une thermistance est une résistance qui possède la propriété de varier en fonction de la température. Elles peuvent être utilisées pour des températures allant jusqu'à 300°C.{{Note|Une '''résistance''' est un élément d'un circuit électrique qui transforme l'énergie électrique en chaleur. La valeur d'une résistance est exprimée en '''ohm''' (symbole <math>\Omega </math>).}}

====Thermocouples====
Un '''thermocouple''' est un circuit électrique fermé constitué de deux conducteurs faits de métaux différents.

Il fonctionne à partir de deux effets:
*L'effet '''Seebeck''': dans un circuit fermé constitué de deux conducteurs de nature différente, du courant circule s'il y a une différence de température entre les deux jonctions du circuit ;
*L'effet '''Peltier''': si on fait passer un courant dans un tel circuit, la température change.

Ainsi, selon les métaux utilisés, on peut mesurer des températures allant de -270°C à 1820°C .

====Infrarouge====
Un thermomètre à infrarouge mesure la température d'un objet à partir du rayonnement infrarouge qu'il émet.{{Note|Les rayonnements '''infrarouges''' sont des rayonnements électromagnétiques dont la [[longueur d'onde]] est comprise entre 700nm et 1mm. Ils ont une longueur d'onde supérieure au rayonnement visible et inférieure aux micro-ondes.}} Pour les températures élevées, comme un four où un incendie, un '''pyromètre''' fonctionne sur le même principe.

On peut ainsi mesurer des températures sans contact, à distance.

== Bibliographie/Webographie ==

* Laboratoire National de Métrologie et d’Essais. Le SI et la métrologie en France. EDP Sciences, 2019. ISBN : 978-2-7598-2370-3

* Site web de Futura Science. ''Kelvin'' [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-kelvin-353/

* Site web de l'institut NEEL, CNRS. ''Thermométrie'' [En ligne, Consulté en juin 2021] : http://neel-2007-2019.neel.cnrs.fr/spip.php?rubrique953

* CNRS, Le journal. ''Le SI reprend sa température''. Christophe Daussy, 2018. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://lejournal.cnrs.fr/billets/le-si-reprend-sa-temperature

* Météo France: ''La mesure de la température''. [en ligne]. Version 1.0 - décembre 2008. [En ligne, consulté en juin 2021]. http://files.meteofrance.com/files/education/temperature.pdf

* Version numérique du dictionnaire Larousse. ''Sir William Thomson, lord Kelvin''. [En ligne, consulté en juin 2021]. https://www.larousse.fr/encyclopedie/personnage/sir_William_Thomson/146665

* Site web Archi7, les sciences de tous les jours. ''Petite histoire des échelles de température''. [En ligne, consulté en juin 2021] : https://www.archi7.net/J34/index.php/notions/77-petite-histoire-des-echelles-de-temperature

* Site web AlgoRythmes, mathématiques vivantes. ''Les degrés Fahrenheit, d'où ça vient ?''.Sonia Marichal, 2009 [En ligne, consulté en juin 2021] : http://algorythmes.blogspot.com/2009/06/les-degres-fahrenheit-dou-ca-vient.html

Kilogramme2

2021-06-17T10:53:28Z

Lea.camier : /* La différence entre masse et poids */

== En bref ==

Le '''kilogramme''' (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer '''la masse'''. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck (<math> h </math>). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant définis indépendamment par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du '''kilogramme''', qui se met sous la forme d'une simple équation :

<center> <math> 1 ~kg = \left( \frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}} \right) \times m^{-2} \times s </math> </center>

où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.

* la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> .

== Une définition historique du kilogramme ==

Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un''' ''étalon'' matériel''', conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
[[File:Kilogramme_étalon.jpg|thumb|right|Prototype de kilogramme étalon]]

Il s'agissait de la dernière unité du système international à ne plus être définie à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/ Généralités sur le SI] ).

=== Histoire du kilogramme===
C'est en 1799 que le '''premier étalon du kilogramme''' est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la '''masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C'''. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour une masse fixée elle occupe un minimum de place).

Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une '''constante de la physique universelle'''.

Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck (<math> h </math>).

=== La balance du Watt (ou balance de Kibble) ===

[[Fichier:Schema watt.png|thumb|left|Schéma de la balance du Watt]]

La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck <math> h </math>], de la seconde, et du mètre. Le mètre et la seconde étant déjà définies, la précision de la définition du kilogramme dépend donc de la '''précision de la mesure de la constante de Planck''' (<math> h </math>) .

Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à '''la balance du Watt'''. Si <math> h </math> s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.

Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes sont mesurés grâce des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de relier ces mesures à la valeur de la constante de Planck.

== La différence entre masse et poids ==

Le '''poids''' est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe.Historiquement, il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids. La '''masse''' est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune. Le '''poids''' est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: <math>F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}}</math> avec <math>m_{1}</math> et <math>m_{2}</math> les masses des deux objets qui interagissent, <math>d</math> la distance qui les sépare et <math>G</math> la constante gravitationnelle qui vaut <math> 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2}</math>. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce que la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément <math>5,972.10^{^{24}}kg</math>) que nous restons "collés" à sa surface.

== Bibliographie/Webographie ==

*site web de l’institut fédéral de métrologie [Consulté en juin 2021] : https://www.metas.ch/metas/fr/home/fue/forschungsprojekte/wattwaage.html

*documentation du lne (laboratoire national de métrologie et d’essais) [Consulté en juin 2021] : https://documents.lne.fr/publications/actes_12e_congres_metrologie/balance_watt_systeme_guidage.pdf

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Documentation du LNE [Consulté en juin 2021] : https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/kilogramme

*Article de Achintya Rao (CERN) [Consulté en juin 2021] : https://home.cern/fr/news/news/engineering/lock-planck-kilogram-has-new-definition

*Article de Maya Wei-haas (National Geographic) [Consulté en juin 2021] : https://www.nationalgeographic.fr/sciences/2018/11/la-definition-du-kilogramme-change-voila-pourquoi-cest-important

Kilogramme2

2021-06-17T10:52:46Z

Lea.camier : /* La différence entre masse et poids */

== En bref ==

Le '''kilogramme''' (kg) est l'unité du système international (SI) qui permet d'exprimer '''la masse'''. Il est défini à partir d'une constante fondamentale de la physique, la constante de Planck (<math> h </math>). Cette constante de la nature possède une valeur fixe et s'exprime selon des unités de base du SI : le kilogramme, la seconde et le mètre. Le mètre et la seconde étant définis indépendamment par des constantes de la physique, on en déduit la définition précise du '''kilogramme''', qui se met sous la forme d'une simple équation :

<center> <math> 1 ~kg = \left( \frac{h}{6,626 ~ 070 ~15 \times 10^{-34}} \right) \times m^{-2} \times s </math> </center>

où le mètre et la seconde sont déjà définis à partir de constantes de la nature.

* la notation <math> m^{-2} </math> signifie que l'on divise 2 fois par <math> m </math> .

== Une définition historique du kilogramme ==

Si cette définition du kilogramme paraît finalement assez simple et très théorique, il n'est défini comme cela que depuis 2018. Jusque là, il était défini selon un''' ''étalon'' matériel''', conservé au Bureau International des poids et Mesures (BIPM)
[[File:Kilogramme_étalon.jpg|thumb|right|Prototype de kilogramme étalon]]

Il s'agissait de la dernière unité du système international à ne plus être définie à partir d'un prototype physique de référence (Voir la page sur les [http://www.mesures.universite-paris-saclay.fr/index.php/ Généralités sur le SI] ).

=== Histoire du kilogramme===
C'est en 1799 que le '''premier étalon du kilogramme''' est créé, un cylindre de platine conservé aux Archives de la République. Cet étalon avait été décidé en 1795 par la "loi relative aux poids et mesures" et correspondait à la '''masse d'un décimètre cube d'eau pure à 4°C'''. Ce choix étonnant de 4°C correspond en réalité à la température pour laquelle l'eau est la plus dense (pour une masse fixée elle occupe un minimum de place).

Le kilogramme conservera cette définition pendant plus de 200 ans, mais la Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) chargé de définir les unités de base, remarqua que l'étalon initial était plus léger que ses exactes copies réalisées au même moment. Ce changement dans la masse de l'étalon motiva les scientifiques à définir le kilogramme non pas à partir d'un étalon matériel de référence, mais à partir d'une '''constante de la physique universelle'''.

Dorénavant, la définition du kilogramme ne dépend plus de la conservation d'un étalon matériel, mais il dépend de la précision des expériences qui mesurent la constante fondamentale de Planck (<math> h </math>).

=== La balance du Watt (ou balance de Kibble) ===

[[Fichier:Schema watt.png|thumb|left|Schéma de la balance du Watt]]

La définition du kilogramme dépend seulement de la valeur de [https://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck <math> h </math>], de la seconde, et du mètre. Le mètre et la seconde étant déjà définies, la précision de la définition du kilogramme dépend donc de la '''précision de la mesure de la constante de Planck''' (<math> h </math>) .

Actuellement, on mesure très précisément cette constante grâce à '''la balance du Watt'''. Si <math> h </math> s’agissait de la surface du Parc des Princes, on connaitrait sa valeur au brin d’herbe près.

Le principe de cette balance est de comparer une puissance mécanique (l’un des bras supporte une masse) à une puissance électrique (l’autre bras est relié à une bobine plongée dans un champ magnétique). La valeur du courant circulant dans la bobine ainsi que la tension à ses bornes sont mesurés grâce des phénomènes popres à la mécanique quantique (effets Josephson et Hall quantique) ce qui permet de relier ces mesures à la valeur de la constante de Planck.

== La différence entre masse et poids ==

Le '''poids''' est la force verticale agissant sur un corps situé à la surface de la Terre. C'est ce qui fait que lorsqu'on lâche un objet, il tombe.Historiquement, il était admis que cette force était constante. Mais au 17e siècle, l'astronome Jean Richer se rend compte que son pendule a un retard de plus de deux minutes par jour lorsqu'il voyage en Guyane française depuis l'Europe. La période d'un pendule dépendant du poids de celui-ci, il en déduit que ce dernier n'est pas constant partout sur Terre. C'est Newton qui différenciera la masse et le poids. La '''masse''' est une propriété d'un morceau de matière immergé dans l'Univers dans son ensemble. C'est-à-dire qu'elle est la même partout sur Terre et dans l'Univers: un astronaute a la même masse qu'il soit sur Terre ou sur la Lune. Le '''poids''' est dû au fait que les masses interagissent gravitationnellement les unes avec les autres. Tous les corps massifs interagissent les uns avec les autres avec une force attractive: <math>F=G\frac{m_{1}m_{2}}{d^{2}}</math> avec <math>m_{1}</math> et <math>m_{2}</math> les masses des deux objets qui interagissent, <math>d</math> la distance qui les sépare et <math>G</math> la constante gravitationnelle qui vaut <math> 6,67259.10^{-11}m^{3}kg^{-1}s^{-2}</math>. Plus un corps est massif, plus il va attirer les autres objets massifs. C'est parce la Terre a une masse très importante (plusieurs milliers de milliards de milliards de tonnes, plus précisément <math>5,972.10^{^{24}}kg</math>) que nous restons "collés" à sa surface.

== Bibliographie/Webographie ==

*site web de l’institut fédéral de métrologie [Consulté en juin 2021] : https://www.metas.ch/metas/fr/home/fue/forschungsprojekte/wattwaage.html

*documentation du lne (laboratoire national de métrologie et d’essais) [Consulté en juin 2021] : https://documents.lne.fr/publications/actes_12e_congres_metrologie/balance_watt_systeme_guidage.pdf

*Brochure du BIPM (bureau intenational des poids et mesures) [Consulté en juin 2021] : https://www.bipm.org/documents/20126/41483022/SI-Brochure-9.pdf/fcf090b2-04e6-88cc-1149-c3e029ad8232

*Documentation du LNE [Consulté en juin 2021] : https://www.lne.fr/fr/comprendre/systeme-international-unites/kilogramme

*Article de Achintya Rao (CERN) [Consulté en juin 2021] : https://home.cern/fr/news/news/engineering/lock-planck-kilogram-has-new-definition

*Article de Maya Wei-haas (National Geographic) [Consulté en juin 2021] : https://www.nationalgeographic.fr/sciences/2018/11/la-definition-du-kilogramme-change-voila-pourquoi-cest-important