Qu'est-ce que la "température" ?

[invite63ea3fef]

Bonsoir,

Voilà, je pense qu'il y a des concepts de la Physique mathématique qui semblent "évidents" parce qu'on a pris l'habitude de les employer, mais qui à bien y regarder posent beaucoup de questions !

Par exemple, qu'est-ce qu'on mesure exactement avec un thermomètre ? Est-ce que c'est l'agitation brownienne des molécules qui atteignent la paroi du thermomètre et qui communiquent par contact leur énergie aux molécules de mercure dans le tube via les molécules du verre des parois du tube ?

Mais alors qu'est-ce que c'est la "température" entre les galaxies, là où il n'y a pas du tout de molécules ? Est-ce que c'est subjectif ou objectif, la "température" ? Pour le chaud on peut comprendre, mais pour le froid c'est plus difficile non ?

Et est-ce que ça ne rejoint pas un peu la question de la nature du "temps" ? Merci.
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[zoup1]

IL y avait un début de discussion ici : http://forums.futura-sciences.com/sh...ad.php?t=12585 mais qui a un peu tourné court

[invite63ea3fef]

Exact. Alors voilà ce que disait deep_turtle:

"Historiquement, la température a d'abord été associée à la notion de chaud et froid et mesurée par la dilatation de certains corps.

La thermodynamique, puis la physique statistique ont donné une définition (et un sens) plus précis à cette grandeur.

1/ la thermodynamique classique introduit la température comme une grandeur caractéristique des systèmes à l'équilibre, ne dit pas vraiment ce que c'est mais donne les moyens de la mesurer une fois qu'on a défini une échelle des températures (par exemple le thermomètre à gaz parfait).

Si on veut traduire cette définition par une phrase, la température serait "une quantité représentant la capacité d'un corps à stocker de l'énergie dans un petit nombre de degrés de liberté". En effet si la température est grande, 1/kT est petit et g(E) augmente peu avec E, c'est-à-dire que l'énergie qu'on apporte va se loger dans les degrés de liberté déjà occupés." (j'ai enlevé des trucs parce que les formules n'apparaissent pas avec un copié-collé).

Bon, ça reste quand même assez succinct comme réponse, m'enfin !

[invitea0046ad4]

Mais alors qu'est-ce que c'est la "température" entre les galaxies, là où il n'y a pas du tout de molécules ? Est-ce que c'est subjectif ou objectif, la "température" ?

Salut

Il n'y a rien de subjectif ni de métaphysique, que des définitions précises.
On parle de la température d'un rayonnement, définie à partir de la loi de Planck.
Un corps noir chauffé à une certaine température émet un spectre qui ne dépend que de la température, suivant la loi de Planck.
On peut parler aussi, par extension, de la température associée à un spectre qui n'est pas tout à fait de corps noir, en lui associant la température du corps noir produisant le spectre le plus proche.
Dans le cas du vide intergalatique, l'univers est empli d'un rayonnement correspondant à celui émis par un corps noir à 2,7K, et c'est de cette température de rayonnement dont on parle.

A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite63ea3fef]

Salut

Il n'y a rien de subjectif ni de métaphysique, que des définitions précises.
On parle de la température d'un rayonnement, définie à partir de la loi de Planck.
Un corps noir chauffé à une certaine température émet un spectre qui ne dépend que de la température, suivant la loi de Planck.
On peut parler aussi, par extension, de la température associée à un spectre qui n'est pas tout à fait de corps noir, en lui associant la température du corps noir produisant le spectre le plus proche.
Dans le cas du vide intergalatique, l'univers est empli d'un rayonnement correspondant à celui émis par un corps noir à 2,7K, et c'est de cette température de rayonnement dont on parle.

A+

Bonsoir,

Ah donc le "thermomètre" qui mesure la "température" de l'univers intergalactique n'est pas de même nature que celui qui mesure la "température" d'une casserole d'eau bouillante ou celle d'une pièce ?

En définitive ce qu'on appelle "température" c'est une convention de langage pour désigner des invariants physiques de natures différentes selon le contexte ?

Quand vous dites : "Un corps noir chauffé à une certaine température émet un spectre qui ne dépend que de la température", ça me paraît quand même disons ... un peu tautologique non ?

En tout cas ça ne dit pas ce qu'est la "température" comme on dit communément ! C'est encore l'apologie du déterminisme qu'on a là j'ai l'impression.

Moi si je vais dans le vide intergalactique où il n'y a pas de molécules dont on puisse mesurer l'agitation brownienne, je me demande dans quel genre d'interactions je vais pouvoir entrer pour atteindre 2,7 degré Kelvin ? Et si on va par-là le zéro absolu ce serait le vide absolu ce qui est impossible à ressentir pour quelque corps que ce soit il me semble ? C'est donc bien que quelque part la température ça reste subjectif !

Hum ! Je me demande si je me suis bien exprimé !

[invitea3fc981a]

La température d'un corps n'a rien de subjectif, elle a une définition précise en physique. Je suis maintenant intimement persuadé que la phrase (désormais culte sur ce site) de Deep_Turtle exprime on ne peut mieux le concept physique de température avec des mots de tous les jours :

La température, c'est une quantité représentant la capacité d'un corps à stocker de l'énergie dans un petit nombre de degrés de liberté.

Si on prend le cas ultra-simple et idéalisé d'une particule classique (=point de masse m), elle a 3 degrés de liberté correpondant aux trois dimensions de l'espace.

Pour compléter un peu : la température d'un corps peut être déterminé par le rayonnement qu'il émet. Un corps peut échanger de la chaleur avec l'extérieur de différentes manières : par contact, par convection, ou par radiation (émission/absorption de rayonnement électromagnétique), mais dans tous les cas le photon est le boson vecteur de l'interaction (il n'y a que la portée de l'interaction qui change).


Maintenant si on veut rentrer dans les formules, la physique statistique en a des très claires sur la température :



soit la variation de l'entropie S par rapport à l'énergie E du système (pour simplifier). Bon ensuite l'entropie et l'énergie du système peuvent être définis, mesurés et/ou calculés, mais là pour poursuivre il va falloir se plonger dans les cours...

[invite79a98872]

En fait ce qui intervient ici c'est ce qu'on fait souvent en physique c'est le correspondance entre certaines grandeurs physiques : ainsi tu peux associer une énergie à une fréquence en multipliant par h, une énergie à une température en multipliant par k, une énergie à une masse en multipliant par c2 ... Donc ici ta température n'est pas vraiment la même notion que la température de ton verre d'eau ! Les définitions ne sont pas évidentes.

[invite8c514936]

C'est encore l'apologie du déterminisme qu'on a là j'ai l'impression.

Regarde "déterminisme" dans un dictionnaire, tu dois confondre avec un autre mot. Et tant que tu as le dico, regarde aussi "apologie"...

Ah donc le "thermomètre" qui mesure la "température" de l'univers intergalactique n'est pas de même nature que celui qui mesure la "température" d'une casserole d'eau bouillante ou celle d'une pièce ?

Ben oui, de la même façon que le thermomètre qui mesure la température dans les fours de fonderie n'est pas le thermomètre-canard pour l'eau du bain de bébé... Ca ne veut pas dire que ça ne mesure pas la même grandeur...

[invite7a0e10e1]

Regarde "déterminisme" dans un dictionnaire, tu dois confondre avec un autre mot. Et tant que tu as le dico, regarde aussi "apologie"...


Ben oui, de la même façon que le thermomètre qui mesure la température dans les fours de fonderie n'est pas le thermomètre-canard pour l'eau du bain de bébé... Ca ne veut pas dire que ça ne mesure pas la même grandeur...

pour ma part je suis d'accord avec deep_turtle (rayonnement du corp noir)et la lois de la thermodynamique, sinon le termo à mercure qui mesure la température du corp de l'homme est subjectif, l'homme la bien crée pour ça c'est pour "son corp", sinon celle qui est entre les galaxies est froide et gazeuse, elle maintient la densité dans l'espace et elle sert de gravitation entre les galaxies, si elle n'était pas là, les galaxies s'attireraient et s'entretueraient.
MOUHAI, pour ma part d'idée je marrête là

[inviteca4b3353]

Salut,

Je vous conseille à tous la lecture du livre de Philippe Dupont : Et l'entropie dans tout ça (le roman de la thermodynamique). Après cela vous ne vous poserez plus de question sur toutes ces notions.

@plus

[DonPanic]

Salut

La température, c'est une quantité représentant la capacité d'un corps à stocker de l'énergie dans un petit nombre de degrés de liberté.

C'est prémédité que "degrés" fasse partie de la définition de température?
Vi, mais pour connaitre la température, faut que ça intéragisse, non ?
Et l'energie stockée, c'est pas des photons ?
Groosomodo, température et rayonnement, c'est pas plus ou moins synonyme ?

[invite63ea3fef]

Bonjour,

Ah bon, merci pour toutes ces bonnes réponses qui éclairent un peu ma lanterne comme celle de nombre de lecteurs sur ce forum (je pense que beaucoup de gens se posent ce genre de questions !).

Moi qui pensait naïvement que la chaleur d'un corps (et donc là il faut bien une agitation brownienne et donc des molécules si je ne m'abuse, mais dans le vide intergalactique y'a pas de molécules ou si peu ...)(et donc aussi la "température") se communiquait par contact à travers les parois d'un thermomètre, je vois que c'est plus compliqué que ça ! Ca fait intervenir aussi des ondes électromagnétiques (mais qu'est-ce qu'une onde électromagnétique ?) etc...

Mais quand même, entre un chronomètre et un thermomètre, y'a pas beaucoup de différences il me semble ! C'est le même type d'appareils pour le coup ! d'ailleurs "temps" et "température" ont la même racine latine, non ?

Au fait, quelqu'un sait-il quelle est la définition de l'unité légale de mesure de la "température" (i.e le degré kelvin je crois) ?

Merci.

[invitea3fc981a]

L'unité intenationale de température est le Kelvin (on ne dit pas "degré Kelvin"). Une variation de température de 1 K équivaut à une variation de 1°C ; les deux unités partagent ainsi la même échelle, mais pas la même origine : l'origine des Kelvin est situé à -273,15°C, on l'appelle le "zéro absolu" car aucun corps stable ne peut avoir une température inférieure à ce zéro.

[DonPanic]

Salut
Le truc, c'est que pour un système qui ne produit pas de l'énergie, la température n'est qu'un état temporaire d'une variable qui tend vers le zéro absolu

[invite63ea3fef]

Excusez moi si je me trompe, mais il me semble que là vous définissez le degré kelvin ... avec le degré C ! Mais comment définir le degré C alors ? On tourne en rond non ? Je pense qu'il doit y avoir quelque chose comme pour la seconde qui a été définie comme : "la durée de " " périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyper-fin de l'atome de Césium 133" ou quelque chose comme ça ... (" " : là y'a un chiffre précis ).

[BioBen]

le degré kelvin

On ne dit pas "degré kelvin" on dit juste Kelvin.
a+
ben

[DonPanic]

En fin de compte, le degré est toujours la définition d'un étalon permettant de mesurer la différence d'état énergétique d'un système, enfin, je crois.

[ClairEsprit]

Mais quand même, entre un chronomètre et un thermomètre, y'a pas beaucoup de différences il me semble ! C'est le même type d'appareils pour le coup ! d'ailleurs "temps" et "température" ont la même racine latine, non ?

Je vois pour ma part une différence entre ces deux appareils dont la technique varie selon l'échelle à laquelle on effectue la mesure (thermomètre usuel à dilatation de mercure ou d'alcool, capteurs de température travaillant dans des conditions extrêmes dont je ne connais pas la technologie, chronomètre mécanique, électronique ou atomique...). En revanche, je suis assez d'accord avec le fait de ranger température et temps dans la catégorie des notions subjectives, c'est à dire qui n'ont pas d'existence intrinsèque (par existence intrinsèque j'entends nécessité d'être pris en considération afin que tout ce qu'on perçoit autour de nous puisse fonctionner). La température représente plus ou moins l'état énergétique d'un corps et en cela seule la définition d'énergie peut suffire pour inférer celle de température; le contraire n'est pas aussi vrai. Il me semble également que dans la tâche ardue de l'explication de notre univers, la nature multiforme de la température ne lui confère pas le statut aussi noble et fécond que celui que possède l'énergie.

[invite63ea3fef]

En fin de compte, le degré est toujours la définition d'un étalon permettant de mesurer la différence d'état énergétique d'un système, enfin, je crois.

Exact ! J'ai trouvé ça sur Google :

http://www.thermodynamique.com/prin0.html

Hum ! Pas simple ce truc !

[invited604dd85]

On ne dit pas "degré kelvin" on dit juste Kelvin.
a+
ben

çà, c' est moins sur, Moi, on m' a toujours appris à dire :
degré K, degré C , ou degré F pour les british !
Mais c' est des histoires de conventions ! et comme toutes les conventions, çà peut changer .

[DonPanic]

Salut

Exact ! J'ai trouvé ça sur Google :

http://www.thermodynamique.com/prin0.html

Hum ! Pas simple ce truc ! :

Oui mais ce serait plus carré de dire "le degré est la définition d'un étalon permettant de mesurer une variation d'état énergétique d'un système", encore que s'il s'agit d'énergie cinétique, je l'ai in the baba

[invite7399a8aa]

On peut faire l'expèrience toute simple que voici:

Tu te trouve à l'intérieur d'une pièce ou il fait 20°C par exemple. A l'extérieur il fait -10°C donc dans l'absolu une différence de 30°C.
Si tu prends un objet se trouvant dans la pièce et que tu le transporte à l'extérieur alors, à l'aide d'une caméra apropriée, tu pourrais filmer une scène ou tu verrais un nuage de bestioles qui se sauvent de l'objet. Ces bestioles ne sont rien d'autre que des photons. Cette fuite va durer jusqu'à ce que l'objet que tu mis à l'extérieur se trouve à la même TEMPERATURE que le dehors c.a.d.
-10C°.
En clair la température est un POTENTIEL thermique. Quand apparaît une différence de potentiel une grandeur physique se met à circuler.
L'intensité de la grandeur qui circule est définie entre autre par la résistance qui existe entre les éléments présentant une différence de potentiel.
Dans notre cas ce sera une résistance thermique que l'on note généralement RTh si mes souvenirs sont justes.
La quantité qui circule s'appellera la quantité de chaleur pour autant que je me souvienne.

Tu pourra appliquer le principe ci-dessous à quasiment tous les systèmes physiques. La règle est simple: (Monde non relativiste)
Il suffit de multiplier le flux, la dérivée du flux ou l'intégrale du flux par la caractéristique intrinsèque considérée. L'addition de tout ces termes donne un potentiel qu'il y a lieu d'égaler au potentiel de la source.

Plus techniquement, une température et plus généralement un potentiel est un certain niveau de fréquence, mais ça c'est une autre histoire.

[invitebde7b642]

Excusez moi si je me trompe, mais il me semble que là vous définissez le degré kelvin ... avec le degré C ! Mais comment définir le degré C alors ? On tourne en rond non ? Je pense qu'il doit y avoir quelque chose comme pour la seconde qui a été définie comme : "la durée de " " périodes de la radiation correspondant à la transition entre deux niveaux hyper-fin de l'atome de Césium 133" ou quelque chose comme ça ... (" " : là y'a un chiffre précis ).

Pour être précis :

Depuis 1967, dans le cadre du Système International d'Unités (SI),
la durée de la seconde a été définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.Les scientifiques disposent ainsi d'une précision allant jusqu'à
la 12e décimale (10-12). Et comme les lois de la physique sont partout les mêmes, avec cette définition, on peut dorénavant obtenir la durée exacte d'une seconde où que l'on soit dans l'Univers. A condition, évidemment, de disposer d'une horloge atomique...

[BioBen]

çà, c' est moins sur, Moi, on m' a toujours appris à dire :
degré K, degré C , ou degré F pour les british !
Mais c' est des histoires de conventions ! et comme toutes les conventions, çà peut changer .

In general, 'degrees' are found in units which are mainly arbitrary. Like, degrees Fahrenheit and Celsius, which are both arbitrary in the sense that their origin is chosen in an arbitrary way, and they are meant to be convenient instead of absolute. The same goes for angle degrees, since that also divides the circle into 360 degrees arbitrarily.

When the units are absolute, or measured directly with respect to something else, one drops 'degrees' from the units. Like, there is no 'degrees' in radians, which is the 'natural' way of measuring angles. (One can appreciate the 'natural'ness of radians after one sees how sines and cosines work, and some series expansion of those, and their relations with the exponential function, and complex numbers...).

It is the same way for Kelvin. Temperature is defined in terms of the average energy of particles in a system, and Kelvin is directly proportional to that -- the zero in the Kelvin scale corresponds to absolute zero, and not any arbitrary temperature, and Kelvin is the 'natural' unit to measure temperature.

J'ai vraiment toujours entendu dire qu'on ne disait pas degré kelvin.

a+
ben

[invitebde7b642]

En fin de compte, le degré est toujours la définition d'un étalon permettant de mesurer la différence d'état énergétique d'un système, enfin, je crois.

Et oui, il s'agit d'un étalon au même titre que le mètre par exemple dont le seul représentant est en france et il est fait en platine il me semble.
Maintenant dans le système international de mesure, les définitions change avec le temps (vous pouvez les retouver ICI) car en effet, on ne peux pas tous avoir un étalon chez soi.
Du coup, le mètre a été définie comme étant la longueur du trajet parcouru dans le vide par la lumière pendant une durée de 1/299 792 458 de seconde. Bon, c'est un peu arrondi mais ca va.
Pour en revenir au Kelvin : Le kelvin, unité de température thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau.

[invite7399a8aa]

Je précise, la température est un POTENTIEL, l'unité de mesure est soit des [°C] ( degré centigrade ) ou des [K] (Kelvin).
La bataille Kelvin ou °C n'a pas de sens pour la bonne et simple raison que la température T restera toujours un potentiel quel que soit l'unité de mesure d'ailleurs.

[invite09c180f9]

Bonjour,
la, température est en fait directement reliée à la vitesse des électrons, à leur énergie cinétique plus précisemment(Ek)!
La température est d'ailleurs directement reliée à la cstte de Boltzmann (Kb)!!
Cette nouvelle notion de 'température' a d'ailleurs été trouvée très tardivement!!

[invite8c514936]

Ludwig, en quoi la température est-elle un potentiel, tu peux développer stp ? Pour moi, un potentiel c'est une quantité dont le gradient donne une énergie (ça définit des lignes de niveau de l'énergie, en quelque sorte...)

la température est en fait directement reliée à la vitesse des électrons, à leur énergie cinétique plus précisemment(Ek)!

Non. Pas seulement. C'est vrai pour un gaz d'électron libre considéré non quantiquement, mais ce n'est plus vrai 1/ si le système n'est plus considéré d'électrons, 2/ si les électrons sont plongés dans un potentiel avec lequel ils interagissent, et 3/ si on traite le problème quantiquement...

[invite7399a8aa]

Plus précisément, comme pour tous les potentiels, c'est une modification de pulsation
C.a.d. l'inverse du temps.

[invite09c180f9]

Ludwig, en quoi la température est-elle un potentiel, tu peux développer stp ? Pour moi, un potentiel c'est une quantité dont le gradient donne une énergie (ça définit des lignes de niveau de l'énergie, en quelque sorte...)


Non. Pas seulement. C'est vrai pour un gaz d'électron libre considéré non quantiquement, mais ce n'est plus vrai 1/ si le système n'est plus considéré d'électrons, 2/ si les électrons sont plongés dans un potentiel avec lequel ils interagissent, et 3/ si on traite le problème quantiquement...

Bonjour deep_turtle, pourrais-tu expliciter un peu plus ton message stp! En quoi cela ne fonctionne plus en quantique???