Détermination théorique du zéro absolu

[babaz]

Bonsoir,

Comment a été théoriquement déterminée cette température limite ?

Par ailleurs, peut-on envisager son "pendant" à l'autre extrême, celui où il n'y aurait plus de froid, et donc une chaleur maximale ?

Merci
-----

[LAZAR]

Température de planck pour le max je crois:
http://fr.wikipedia.org/wiki/Temp%C3%A9rature_de_Planck

lazar

[babaz]

Merci beaucoup !

Sais-tu comment ces T° ont pu été déterminées ?

[LPFR]

Bonjour.
Le zéro absolu apparaît avec des gaz (presque) parfaits, quand vous faites les droites de volume en fonction de la température à pression constante.
Vous obtenez des droites qui, extrapolées, se coupent au zéro absolu.
C'était connu bien avant toute quantification ou le mariage des parents de Planck.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[babaz]

Car ce sont par des expériences de ce type que le zéro absolu a été déterminé ?
Je pensais que sa détermination avait été tout à fait théorique.

[invite4b0d1657]

Théoriquement le Zéro absolu est atteint quand les molécules ne bougent plus, puisque la température c'est l’état statistique de l'agitation moléculaire, non ?

[babaz]

Oui, et comment détermine-t-on théoriquement la température à laquelle l'agitation thermique est nulle ?

[LPFR]

Re.
J'ai cherché pourvoir s'il y avait des nouveaux moyens d'accéder à une définition du 0 K. Mais non. Le CIPM le définit par rapport au point triple de l'eau (273,16 K).
Voir wikipedia.
A+

[babaz]

Merci.

Mais je ne vois toujours pas comment zéro absolu = -273,15 °C a été déterminé.

[coussin]

Merci.

Mais je ne vois toujours pas comment zéro absolu = -273,15 °C a été déterminé.

Ça, ça dépend de comment sont définis les degrès Celsius…
Le zéro absolu, comme sont nom l'indique, c'est à 0K.

[babaz]

Bien sûr, mais l'échelle des Kelvin a été définie par rapport à celle des Celsius pour que 0K (zéro absolu) = -273,15 °C... etc.

Bref, cette température a bien été déterminée d'une façon ou d'une autre, et théoriquement je présume, puisque ladite température n'a jamais été atteinte.

La question que je me pose est : comment l'a-t-elle été ?

[obi76]

Tout d'abord, l'augmentation de 1K équivaut à l'augmentation de 1°C. Par conséquent les échelons sont espacés de manière équivalente.

Quand au 0 de chaque échelle, en celsius c'est la température de solidification de l'eau aux CNTP (à quelques pouillèmes près), pour les Kelvin c'est le 0 thermodynamique comme l'a expliqué LPFR plus haut.

Cordialement,

[coussin]

Bien sûr, mais l'échelle des Kelvin a été définie par rapport à celle des Celsius pour que 0K (zéro absolu) = -273,15 °C... etc.

Je ne pense pas, non…
C'est plutôt les Celsius qui dérivent des Kelvin. Et le « calage » s'est fait au cours du temps sur diverses propriétés de l'eau

[babaz]

D'accord, voici ma question :

Seule l'expérimentation a-t-elle permis d'écrire : 0 K = -273,15 °C ?

[coussin]

Ce n'est pas la bonne question.
Ta question devrait être « Pourquoi l'eau gèle à 273.15 K ? » (Puisqu'on a fixé arbitrairement cette température à 0 °C)

[babaz]

Ce n'est pas la bonne question.
Ta question devrait être « Pourquoi l'eau gèle à 273.15 K ? » (Puisqu'on a fixé arbitrairement cette température à 0 °C)

Ca me va aussi... puisque ça me permettra de répondre à la précédente.

0K indiquant, par définition de cette échelle, le zéro absolu.

So ?

[coussin]

Bah là pour le coup, ça doit sûrement être une constatation expérimentale
Je sais pas…

[b@z66]

Bien sûr, mais l'échelle des Kelvin a été définie par rapport à celle des Celsius pour que 0K (zéro absolu) = -273,15 °C... etc.

Bref, cette température a bien été déterminée d'une façon ou d'une autre, et théoriquement je présume, puisque ladite température n'a jamais été atteinte.

La question que je me pose est : comment l'a-t-elle été ?

Par des mesures sans doute... Tu mesures l'agitation thermique en fonction de la température sur une certaine plage de valeur, tu constates la linéarité et tu détermines enfin que l'agitation thermique(la pression dans un gaz?) peut s'annuler pour une certaine température. L'agitation thermique n'étant sans doute pas facile à mesurer, il faudrait peut-être effectivement plutôt enquêter du côté de la pression...(P.V=n.R.T).

PS: parler séparément d'agitation thermique et de température est effectivement un peu absurde puisque l'un n'est que la traduction de l'autre...

[b@z66]

L'agitation thermique n'étant sans doute pas facile à mesurer, il faudrait peut-être effectivement plutôt enquêter du côté de la pression...(P.V=n.R.T).

Je rajouterai juste que, comme pour les degrés Kelvin, il n'existe pas de pression négative.

[b@z66]

Autre idée pour toi, babaz, à pression ambiante, tu mesures le volume d'un ballon renfermant un gaz à 100° puis le volume de ce même ballon à 0°. Ce doit être suffisant ensuite pour répondre à ta question...

[obi76]

Au lieu de partir sur les gaz parfaits, à ces températures il faut AU MINIMUM partir sur des équations cubiques, type van der Waals.

[b@z66]

Au lieu de partir sur les gaz parfaits, à ces températures il faut AU MINIMUM partir sur des équations cubiques, type van der Waals.

Voulez-vous dire que partir de la loi des gaz parfaits ne permettrait pas de retrouver cette température de -273°C par cette expérience(sans rentrer dans les détails de précision)? Cela est vraiment bizarre puisque, à la base, cette loi permet justement d'utiliser les degrés kelvin........vraiment bizarre...

[b@z66]

Au lieu de partir sur les gaz parfaits, à ces températures il faut AU MINIMUM partir sur des équations cubiques, type van der Waals.

Il faudrait aussi que vous ailliez dire à ce prof de lycée que ses TP sont vraiment mal foutus...

http://www-physique.u-strasbg.fr/~ud...me-vs-temp.pdf

[LPFR]

Bonjour.
Je crois comprendre la méfiance de Obi76.
Si vous aviez un gaz parfait, je pense que Obi76 n'aurait pas des scrupules. Mais b@z66, vous n'avez pas de gaz parfait. Donc, la question est dans quelle mesure, les manips faites avec des gaz réels permettent de déterminer la valeur du zéro absolu correctement.

Donc, il propose d'utiliser plutôt la loi corrigée avec les coefficients de Van der Waals, ce qui semble raisonnable. Car un gaz diluée, comme l'air à la pression ambiante, se rapproche pas mal d'un gaz parfait et donne une valeur du zéro absolu "décente". Même si les coefficients de Van der Waals, dépendent eux mêmes de la valeur du zéro absolu, on peut penser que la correction qu'ils apportent doit améliorer la précision de la détermination.

D'autre part, b@z66, vous ne pouvez pas prendre la méthode utilisée en TP pour "déterminer" le zéro absolu, comme LA méthode qui le détermine précisément. Le TP des profs n'est pas nécessairement pourri, mais il ne garantit pas des résultats précis.
Au revoir.

[invitea350fd50]

bonjour,
comme dit précédement on peut considérer la température par sa définition thermodynamique :



où les crochets désignent la moyenne sur l'ensemble du système (gaz,...).
Ainsi, il existe un minimum à 0 K, qui correspond à l'immobilisme de toutes les molécules, et d'ailleurs on constate qu'il n'y a pas a priori de limite supérieure.
Quant à savoir pourquoi 0K=-273.5°C,d'un point de vue théorique c'est une question de définition, tout comme pourquoi 1 mile fait 1,6 km , 1heure est 3600 s, etc... il s'agit de considérations historiques, d'un point de vue humain du problème.
Esperant avoir répondu à votre question.

[LPFR]

bonjour,
comme dit précédement on peut considérer la température par sa définition thermodynamique :



où les crochets désignent la moyenne sur l'ensemble du système (gaz,...).
Ainsi, il existe un minimum à 0 K, qui correspond à l'immobilisme de toutes les molécules, et d'ailleurs on constate qu'il n'y a pas a priori de limite supérieure.
Quant à savoir pourquoi 0K=-273.5°C,d'un point de vue théorique c'est une question de définition, tout comme pourquoi 1 mile fait 1,6 km , 1heure est 3600 s, etc... il s'agit de considérations historiques, d'un point de vue humain du problème.
Esperant avoir répondu à votre question.

Re.
Non. Ce n'est pas une question de définition. Dans l'échelle Celsius vous définissez le point triple et le point d'ébullition de l'eau. Et le zéro absolu ne peut être que mesuré.
Pour le kelvins on cale le zéro sur le point mesuré pour les Celsius.
A+

[b@z66]

D'autre part, b@z66, vous ne pouvez pas prendre la méthode utilisée en TP pour "déterminer" le zéro absolu, comme LA méthode qui le détermine précisément. Le TP des profs n'est pas nécessairement pourri, mais il ne garantit pas des résultats précis.
Au revoir.

C'est la raison pour laquelle j'ai aussi mentionner plus haut "sans rentrer dans les détails concernant la précision". Après effectivement, on peut toujours sans doute trouver une précision accrue en prenant en compte des phénomènes physiques toujours plus fins mais de dire comme ça "qu'il faut AU MINIMUM partir sur des équations cubiques, type van der Waals" pour déterminer le zéro absolu me parait assez hautement subjectif concernant la façon arbitraire dont est définie ce MINIMUM. C'est pour cela que ma réponse à obi76 était effectivement assez peu courtoise.

[obi76]

Bonjour à tous,

oui effectivement, ma méfiance est je pense justifiée. Si vous descendez très bas en température, ce qui va gouverner le volume de votre gaz ne va plus être les collisions entre les particules mais le volume occupées par celles-ci, comme dans tout changement de phase -> liquide ou -> solide. Une prolongation des phénomènes estimés par une loi de gaz parfaits vous donnera quelque chose, mais tous les changements de phases et phénomènes inhérents au volume occupé par les atomes (ce qui sera le cas, je le répète, en descendant aussi bas) seront occultés.
Cordialement,

[Gwyddon]

Bonjour,

Je rajouterai juste que, comme pour les degrés Kelvin, il n'existe pas de pression négative.

Dans les gaz en effet. Dans un liquide, la pression peut être négative (par exemple la sève des arbres).

Cordialement,

G.

[obi76]

En réponse à b@z66 pour le TP qu'il nous a transmi, passer à van der waals est tout bête : au lieu de faire tendre V vers 0, on le fait tendre vers le volume occupé par les molécules. C'est donc une grosse approximation en ces températures.

Évidement, dans le cas d'un TP niveau lycée, on ne va pas leur coller une équation cubique, sinon je ne suis même pas sur qu'il existe une solution analytique (ou si oui, incalculable simplement). C'est une très bonne approximation, mais quand on me parle de micro-Kelvins je doute que ce soit suffisant...

Cordialement,