Kelvin2

En bref: 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 caractérise l'agitation des particules. Pour faire simple, plus les molécules bougent, plus il fait 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 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]\displaystyle{ 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]\displaystyle{ c,~h,~ \Delta \nu_{Cs} }[/math]) on peut donc déterminer exactement K à partir de la valeur de k et celles des autres unités.

La constante de Boltzmann La physique statistique est la science qui étudie le comportement moyen d’un ensemble c 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, c’est-à-dire 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 le physicien du même nom. Dans un gaz, cette constante fait le lien entre l’énergie cinétique du gaz et la température .

Equation de la théorique cinétique des gaz (physique statistique)

Définir le kelvin en pratique

thermomètre

En pratique, pour mesurer un degré kelvin, il faut déterminer avec précision la valeur de la constante de Boltzmann [math]\displaystyle{ k }[/math] grâce à des expérimentations. Il existe à ce jour deux expérimentations différentes qui permettent de mesurer [math]\displaystyle{ k }[/math] avec une très grande précision et d'une façon assez simple pour les scientifiques.

• La première méthode reconnue est la thermométrie primaire. Elle consiste à utiliser un thermomètre basé sur des phénomènes physiques connus. Ces phénomènes font intervenir des équations qui relient directement la température aux autres grandeurs (Volume, Pression, etc.)fixées ou mesurées, sans l'aide de constante fondamentales. C'est de cette manière que l'on peut déterminer la constante de Boltzmann [math]\displaystyle{ k }[/math].

• La deuxième méthode reconnue est celle des échelles de température.

Histoire du kelvin

Mesurer la température

Différence entre degré kelvin, celsius et fahrenheit

Outils de mesure de la température

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