Définitions des températures absolue et Celsius

Complément III.2
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Définitions des températures absolue et Celsius
1. Température absolue
On définit la température absolue { partir d’un thermomètre { gaz parfait. Sa réalisation
pratique se fait par exemple { l’aide d’un volume constant de gaz sous très faible pression. La
pression du gaz est la grandeur thermométrique. La température absolue est définie par la
fonction thermométrique1 associant une température à une pression :
T=ap
La constante a est déterminée grâce { un seul point repère, au lieu de deux. C’est ce qui améliore
la précision des mesures thermométriques. Le point repère choisi est le point triple de l’eau.
2. Point triple de l’eau
L’eau peut exister sous trois états physiques : solide, liquide et gazeux. Ces trois états peuvent
coexister dans une même enceinte pour une valeur unique de la température et une valeur
unique de la pression (pression de l’eau au point triple : 611 Pa). On décrète que la température
du point triple de l’eau vaut exactement :
TTr = 273,16 K
Ceci détermine l’unité de température absolue, le kelvin. Cette valeur a été choisie pour que cette
nouvelle échelle absolue diffère le moins possible de la précédente. En effet, la température du
point triple était environ 273,16 anciens kelvins ou environ 0,01 anciens degrés Celsius.
(L’incertitude portait sur le centième de degré Celsius.)
On met le thermomètre en contact avec l’eau en équilibre sous ses trois états, on mesure alors la
pression pTr du gaz thermométrique (par exemple du dihydrogène) et on écrit la relation
thermométrique :
TTr = a pTr
D’où la constante a et la fonction thermométrique :
a
TTr
pTr
T
273,16
273,16
pTr
p
pTr
On définit ensuite l’échelle Celsius.
1
Pour un autre exemple de fonction thermométrique, voir chapitre II, complément 1.
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3. Température Celsius
La nouvelle échelle Celsius se déduit de l’échelle absolue en soustrayant exactement 273,15 :
t = T – 273,15
Dans cette échelle, la température du point triple de l’eau est exactement :
t = 0,01 °C
Cette valeur est choisie pour que la nouvelle échelle Celsius diffère peu de l’ancienne. Dans la
nouvelle échelle les températures de fusion de la glace et d’ébullition de l’eau sous la pression
atmosphérique normale sont environ (l’incertitude porte sur le centième de degré Celsius) :
t fusion
tébullition
0, 00 C
100, 00 C