D’où viennent les unités de mesure des températures ?

Mosaïques : FocusScience

mercredi 12 janvier 2011

Souvent, le sujet d’un article surgit au milieu d’une conversation. Ici, mes collègues m’ont demandé l’origine des trois unités de température ; le kelvin, le degré Celsius et le degré Fahrenheit. Incapable d’y répondre, je me transforme en fouineur et voici ce que j’ai trouvé.

Histoire des thermomètres

L’histoire des unités de température est intiment liée à celle des thermomètres quand il s’est fait ressentir le besoin d’obtenir des informations plus précises, en dehors des sensations physiques de chaud et de froid. Le premier thermomètre aurait été inventé par Galilée. Il était basé sur le principe de la poussée d’Archimède et de la dilatation de la matière. Son tube contient des objets flottants (cinq, sept ou huit boules) sur lesquels une valeur de température est indiquée. La température ambiante est comprise entre celle du plus haut objet et du plus bas objet qui flottent. La précision de cet instrument de mesure est d’environ 0,5°C. Il ne peut pas mesurer des températures trop basses ou trop hautes.

Thermomètre de Galilée

Fahrenheit

Le premier thermomètre liquide aurait été créé en 1654 à Florence par le grand duc de Toscane. L’appareil, à alcool, portait 50 graduations. En hiver, il descendait jusqu’à 7 degrés et montait jusqu’à 40 degrés en été. Puis en 1702, l’ astronome danois Ole Roemer fabrique un thermomètre à alcool marquant l’eau bouillante à 60° et la glace pilée à 7,5°. Finalement, la forme définitive des thermomètres modernes est attribuée au physicien allemand, Daniel Gabriel Fahrenheit qui remplace, en 1717, l’alcool par du mercure. Il fixe à 32°F la température de la glace fondante, à 98,6°F celle du sang et à 212°F le point d’ébullition de l’eau sous pression atmosphérique normale.

Celsius

Anders Celsuis, physicien suédois, construisit en 1742 un thermomètre à mercure qui marquait 100°C au point de congélation de l’eau et 0° au point d’ébullition de l’eau. Il faut attendre 1745,, après la mort de Celsius, pour que l’échelle des températures Celsius soit inversée par Carl von Linné. Il présenta à l’Académie suédoise un thermomètre à mercure qui marquait 0° pour la glace fondante et 100° pour l’eau bouillante (au niveau de la mer). Ainsi, nous avons deux échelles de mesure des températures : l’échelle Celsius adoptée par la plupart des nations et l’échelle Fahrenheit adoptée par la Grande-Bretagne.

Trois Thermomètres montrant la congélation et le point d’ébullition de l’eau dans Kelvin, Celsius et Fahrenheit

[Source image : lien cassé]

Et le kelvin ?

Il est lié à l’essor de la thermodynamique dès la fin du 19e siècle qui postule qu’il existerait un état théorique de la matière où les atomes seront complètement immobiles. Cet état théorique correspond au zéro absolu que nous pouvons approcher au plus près mais jamais atteindre. Il s’agit donc d’une échelle absolue, indépendante des thermomètre. C’est pourquoi le terme kelvin ne doit pas être utilisé ni avec le mot degré, ni avec le symbole °, contrairement aux échelles de mesure relatives que sont le Celsius et le Fahrenheit. On dit « un kelvin » (sans majuscule) et non « un degré kelvin ».

Diagramme des phase de l’eau

[Source image]

Le kelvin est défini à partir d’un seul point et non deux comme pour les autres échelles relatives. Ce point correspond au point triple de l’eau pure. C’est-à-dire la coexistence, à une température et une pression uniques parfaitement définies, des trois états solide, liquide et gazeux de l’eau. A partir de cet étalon de température, l’échelle fut fixée à : 0 pour le point d’immobilité absolu de la matière, 273, 15 pour le point de fusion de l’eau et 373, 15 pour le point d’ébullition de l’eau sous la pression atmosphérique normale. Ces valeurs ont été choisis de telle sorte que les points 0°C e 100°C de l’échelle Celsius correspondent également aux points de fusion et d’ébullition de l’eau.

C’est compris ?

Les échelles de mesure des températures, Celsius et Fahrenheit, sont relatives car dépendantes des thermomètres utilisées. L’échelle Kelvin correspond à la température thermodynamique qui est une grandeur physique mesurable liée à l’agitation moléculaire. Elle est unique et indépendante des propriétés de la matière. Pfffiou, compliqué hein ? Et encore, je n’ai pas abordé le degré Rankine, ni le degré Réaumur. Vite, une boisson fraîche pour ma pauvre cervelle !

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3 Pierrot ont pris leur plume. Et toi ?

  1. alain

    On parle de degrés (noté °) car c’est la centième partie d’une plage de température. Les bornes sup et inf choisies par Celsius et Fahrenheit ne sont pas les mêmes. Pour Celsius, comme vous le dites, c’est la fusion (0) et l’ébullition (100) de l’eau, pour Fahrenheit c’est, si mes souvenirs sont bons, la température la plus basse jamais enregistrée à l’époque (0) et la température du corps humain (100). Bon, pour le record de froid, on a trouvé mieux depuis et pour celle du corps humain, il s’est un peu planté ! Les « °K » traînent dans nombreux bouquins … même des bons.

    dimanche 2 décembre 2012 à 21 h 11 min
  2. Sirtin

    Merci pour le complément d’informations. Et oui, les « degrés Kelvin » font encore de la résistance !
    🙂

    lundi 3 décembre 2012 à 10 h 45 min
  3. lol

    c’est fantastique toute ces information merci beaucoup 😀

    lundi 1 novembre 2021 à 18 h 17 min

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