Dans cet article, nous allons parler de la température, des échelles de température, des unités de température et de leurs conversions. Nous examinerons rapidement ce qu’est vraiment la température et nous énumèrerons ensuite certaines des unités de température les plus communes, puis nous parlerons des conversions entre elles.
L'infographie ci-dessus illustre une comparaison rapide entre les unités de température à quelques températures courantes. Bien évidemment la température ambiante varie et la température du corps humain n'est pas toujours de 37 ° C (98,6 ° F). De plus, le point d'ébullition de l'eau dépend de la pression atmosphérique et n'est pas toujours à exactement 100 ° C. Mais un vrai sauna finlandais atteint toujours au moins 100 ° C lorsqu'il est correctement chauffé… :-)
Il y a quelque temps, j'ai écrit un article sur les unités de pression et je pensais que ce serait une bonne idée d'écrire un article similaire sur les unités de température et leurs conversions. Examinons d’abord ce qu’est réellement la température, puis examinons quelques-unes des unités de température les plus courantes et enfin leurs conversions.
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La température est une grandeur intensive et décrit le niveau d’énergie de la matière. Toute matière est composée d’atomes et de molécules qui sont en mouvement constant, vibrent ou tournent. Pour simplifier, plus ces éléments bougent, plus la température de cette matière est élevée. La température d’un objet peut être définie par l’énergie cinétique moyenne de ses atomes et molécules. Il s’agit là d’une définition de la température relativement facile à comprendre. Le kelvin est l’unité de quantité physique fondamentale appelée température thermodynamique (T) et et depuis 2019, le Kelvin est défini avec la constante de Boltzmann.
Tout est relatif, ces termes (chaud et froid) ne sont pas très précis ni scientifiques. Il nous faut donc une manière plus spécifique d’indiquer la température. Plusieurs échelles de température différentes et plusieurs unités ont été mises au point durant ces derniers siècles. Et comme différentes échelles ont été utilisées dans différentes parties du monde, aujourd’hui plusieurs échelles sont utilisées. Les spécifications de certaines des anciennes échelles de température n’étaient initialemen pas très précises (comme la température du corps humain), mais plus tard, des points de référence et des spécifications spécifiques et précises ont été définis.
Pour les températures élevées, il n’y a pas vraiment de limites, et il est possible d’atteindre une température très élevée. Par exemple, la température à la surface du soleil est de 5 800 kelvin, tandis que la température à l’intérieur du soleil monte jusqu’à 13,6 millions de kelvins.
Mais pour les températures basses, il existe une limite très spécifique, qui est la température zéro absolue, la température la plus basse possible. Le zéro absolu est un état théorique qui ne peut jamais être atteint. En théorie, tous les mouvements des atomes cesseraient presque immédiatement, ne retenant que l’énergie du point zéro de la mécanique quantique. La température du zéro absolu est égale à 0 kelvin, -273,15 °Celsius ou -459,67 °Fahrenheit. Dans l’espace, la température est assez froide et la température moyenne de l’univers est inférieure à 3 kelvin.
Mais voyons donc certaines des échelles et unités de température les plus communes.
La température thermodynamique est très difficile à mesurer et plusieurs échelles de température internationales ont été publiées pour rendre les mesures plus pratiques:
Certaines autres échelles ont aussi été utilisées, par exemple PLTS-2000 pour améliorer les mesures des températures très basses dans la plage 0,9 mK...1 K (Échelle de basse température provisoire de 2000).
Par accord international, l’échelle ITS-90 actuelle est basée sur la température thermodynamique (T) mentionnée précédemment. Cette échelle définit les méthodes pour l’étalonnage d’un type particulier de thermomètre de sorte que les résultats en soient précis et répétables dans le monde entier. De plus, les valeurs numériques sont supposées être aussi proches que possible de la température thermodynamique (T). Les méthodes pour créer l’échelle de température ITS-90 comprennent des points fixes et des fonctions pour interpoler les températures entre les valeurs fixes.
Les points fixes de l’échelle ITS-90 sont les suivants :
Le kelvin est l’unité de base de la température dans le système SI (Système international d’unités). L’abréviation de l’unité kelvin est K (pas de degré ni de signe degré). C’est William Thomson (Lord Kelvin) qui a présenté l’unité kelvin pour la première fois en 1848.
L'unité Kelvin a été initialement développée en déplaçant le point de départ de l'unité Celsius au zéro absolu. Avec la redéfinition du système international des unités (SI) en 2019, l'unité Kelvin a été définie en fixant la valeur numérique de la constante de Boltzmann à 1.380649×10−23 J⋅K−1 .
Le kelvin est souvent utilisé en science et en technologie. À part cela, il n’est pas très utilisé dans la vie de tous les jours. Le symbole du système de température Kelvin selon l’échelle ITS-90 est T90 avec la lettre T en majuscule.
Dans un avenir proche, une nouvelle définition du kelvin sera publiée, associant le kelvin à la constante de Boltzmann, continuant ainsi le travail de définition de toutes les unités SI en fonction de constantes physiques fondamentales.
Le Celsius est actuellement une unité dérivée de température dans le système SI, le kelvin étant l’unité de base. L’abréviation de Celsius est °C (degré Celsius) et la taille d’un degré Celsius est la même que celle d’un kelvin. C’est le Suédois Andreas Celsius qui a présenté l’unité et l’échelle Celsius pour la première fois en 1742. Les deux principaux points de référence de l’échelle Celsius étaient le point de congélation de l’eau (ou le point de fusion de la glace) défini à 0 °C et le point d’ébullition de l’eau à 100 °C.
Le point de fusion de la glace est une spécification précise relative (en assumant que l’on a de la glace purifiée et qu’elle est correctement mélangée), mais la température d’ébullition de l’eau n’est pas une température si précise en pratique, car la température d’ébullition dépend beaucoup de la pression atmosphérique. Comme le Celsius est une unité SI dérivée du kelvin, il est aussi lié à l’échelle ITS-90 et l’échelle de son symbole est t90 avec la lettre t en minuscule. En termes de l’échelle ITS-90, le point de fusion de la glace est légèrement en dessous de 0 °C et le point d’ébullition de l’eau à pression atmosphérique normale est d’environ 99,974 °C.
La taille d’un degré Celsius est égale à la taille d’un degré Kelvin et 0 K est égal à -273,15°C.
Le Celcius est mieux adapté à une utilisation de tous les jours que le kelvin et est très populaire dans le monde, bien qu’il ne soit pas très utilisé aux États-Unis. Un degré Celcius est parfois appelé centigrade.
L’abréviation de l’unité Fahrenheit est °F. L’échelle Fahrenheit a été introduite pour la première fois par un hollandais appelé Gabriel Fahrenheit en 1724. Les deux principaux points de référence de l’échelle sont le point de congélation de l’eau défini à 32 °F et la température du corps humain à 96 °F.
En pratique, il est facile de voir que la température d’un corps humain n’est pas une définition très précise. De nos jours, l’échelle Fahrenheit a été redéfinie de sorte que le point de fusion de la glace est exactement de 32 °F et le point d’ébullition de l’eau exactement 212 °F. La température du corps humain est d’environ 98 °F sur l’échelle révisée.
Dans de nombreux domaines, le Fahrenheit a été remplacé par le Celsius comme unité de température, mais le Fahrenheit est toujours utilisé aux USA, dans les Caraïbes et aussi en utilisation parallèle au Celsius en Australie et au Royaume- Uni.
L’abréviation du Rankine est °R ou °Ra. C’est l’écossais William Rankine qui a présenté l’échelle Rankine pour la première fois en 1859, quelques années donc après l’échelle Kelvin. Le point de référence de l’échelle Rankine est le zéro absolu à 0 °R, comme sur l’échelle Kelvin. La taille d’un degré Rankine est la même que la taille d’un degré Fahrenheit, mais le point zéro est très différent. Le point de congélation de l’eau est égal à 491,67 °Rankine.
L’échelle Rankine n’est pas très utilisée. Elle était utilisée dans certains domaines technologiques aux États-Unis, mais le NIST recommande de ne plus utiliser le Rankine.
L’échelle Réaumur a été introduite par René de Réaumur en 1730. Ses points de référence sont le point de congélation de l’eau à 0 °Ré et le point d’ébullition de l’eau à 80 °Ré.
L’échelle Réaumur était utilisée dans certaines parties de l’Europe et en Russie, mais elle a principalement disparu dans le courant du siècle dernier.
Le tableau ci-dessous offre des formules de calcul pour la conversion des relevés de température d’une unité à une autre.
Je sais que le tableau de conversion présenté ci-dessous n’est peut-être pas le plus facile à utiliser...
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Bon étalonnage !
Heikki Laurila