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Conversion de température

Les échelles Celsius et Fahrenheit sont des échelles de température différentes. Si la température d'un objet est mesurée et exprimée en degrés Celsius, et que l'on souhaite ensuite l'exprimer en degrés Fahrenheit, on effectue une conversion de Celsius en Fahrenheit. Dans cette section, nous apprenons à effectuer des conversions de température.

À une pression de 1 atm, la température du point de congélation pour un thermomètre Celsius = 0 ^oC, tandis que l'échelle du thermomètre Fahrenheit = 32 ^oF. Inversement, à une pression de 1 atm, la température du point de vaporisation pour un thermomètre à échelle Celsius = 100 ^oC, tandis que l'échelle du thermomètre Fahrenheit = 212 ^oF. Observez l'image ci-dessous !

échelle du thermomètre

Types d'échelles de thermomètre

Pour qu'un thermomètre puisse mesurer la température, celle-ci doit être graduée. Deux échelles couramment utilisées sont l'échelle Celsius et l'échelle Fahrenheit. En Indonésie, l'échelle Celsius est la plus répandue. On l'appelle aussi échelle centigrade. Centagrade = cent degrés. L'échelle Fahrenheit est souvent utilisée aux États-Unis et dans les pays aux hivers froids. En sciences, l'échelle absolue, ou échelle Kelvin, est une échelle de température particulièrement importante. Elle sera abordée plus loin.

Les échelles Celsius et Fahrenheit utilisent les points de congélation et d'ébullition de l'eau comme points de référence. Le point de congélation d'une substance est la température à laquelle ses phases solide et liquide sont en équilibre thermique . Inversement, le point d'ébullition d'une substance est la température à laquelle ses phases liquide et gazeuse sont en équilibre thermique. Les points de congélation et d'ébullition varient toujours en fonction de la pression atmosphérique ; il est donc nécessaire de déterminer cette dernière au préalable. On utilise généralement la pression standard, qui est de 1 atm (une atmosphère). L'atmosphère est une unité de pression atmosphérique.

étalonnage du thermomètre

L'étalonnage d' un thermomètre consiste à créer une échelle de graduation sur celui-ci. Voici les étapes à suivre : Premièrement , munissez-vous d'un thermomètre à mercure ou d'un thermomètre à alcool sans graduation. Deuxièmement , préparez suffisamment de glace. Troisièmement , préparez suffisamment d'eau. Quatrièmement , munissez-vous d'un appareil de chauffage capable de porter l'eau à ébullition. Cinquièmement , placez de la glace et de l'eau dans un récipient (l'eau et la glace ont la même masse). Enfin, plongez le thermomètre dans ce récipient.

Définition du thermomètre

Un thermomètre est un appareil conçu pour mesurer la température . Il existe de nombreux types de thermomètres, mais ils fonctionnent tous selon le même principe. On utilise généralement des matériaux thermométriques, dont les propriétés varient avec la température. Si la température d'un objet change, sa forme et sa taille changent également. La plupart des thermomètres utilisent des matériaux qui se dilatent ou se contractent en fonction des variations de température.

Loi zéro de la thermodynamique

Matière première de la loi zéro de la thermodynamique

Jusqu'à présent, nous n'avons considéré que l'équilibre thermique de deux objets en contact. Pour mieux comprendre ce concept, prenons l'exemple de trois objets (appelons-les A, B et C). Par exemple, B et C ne se touchent pas, mais A est en contact avec B et C. Voir l'image ci-dessous.

Les objets A et B, étant en contact, sont en équilibre thermique, de même que les objets A et C. Les objets B et C, qui ne sont pas en contact, sont-ils également en équilibre thermique ?

Équilibre thermique

Matériau à équilibre thermique

Avez-vous déjà goûté au thé glacé ? Le thé glacé est préparé en mélangeant de l'eau chaude contenant du thé et des glaçons. Après avoir remué ou laissé reposer quelques secondes ou minutes, le mélange se transforme en thé glacé. L'eau chaude contenant du thé est plus chaude que les glaçons. Lorsqu'on mélange de l'eau chaude contenant du thé avec des glaçons dans un récipient comme un verre, une partie de la chaleur de l'eau chaude est transmise aux glaçons. C'est pourquoi la température du thé glacé est inférieure à celle de l'eau chaude, mais supérieure à celle des glaçons.

Transfert de chaleur par rayonnement

Comment se sent-on en portant des vêtements noirs par une chaude journée ou en faisant du sport ? Comparez cela à ce que l'on ressent en portant des vêtements blancs. En noir, on a vite chaud. Pourquoi ? La distance entre le soleil et la Terre est presque la même le matin qu'à midi et le soir. Alors pourquoi fait-il plus frais le matin et le soir, et plus chaud l'après-midi ? La réponse à ces questions est liée au transfert de chaleur par rayonnement.

Transfert de chaleur par conduction

Si vous vous asseyez sur une chaise en bois, sa surface se réchauffe. En revanche, si vous vous asseyez sur une chaise en plastique ou en métal, sa surface reste froide. Pourquoi la surface d'une chaise en bois est-elle chaude, alors que celle d'une chaise en métal ne l'est pas ? Pourquoi dormir sur un sol froid sans matelas peut-il provoquer des douleurs ? Avez-vous déjà porté une veste chaude ? Pourquoi la plupart des vestes chaudes sont-elles en laine ? Il reste encore beaucoup de questions et d'interrogations concernant le transfert de chaleur par conduction.

Transfert de chaleur par convection

Avez-vous déjà été sur une plage par une journée ensoleillée ? Par beau temps, un vent souffle toujours de la mer vers la terre. Pourquoi y a-t-il toujours du vent sur la plage ? Pourquoi observe-t-on une brise de mer (vent soufflant de la mer vers la terre) le jour et une brise de terre (vent soufflant de la terre vers la mer) la nuit ? Pourquoi les nuages descendent-ils sur les flancs des montagnes pendant la saison des pluies ? Pourquoi le vent est-il frais ? Les réponses à ces questions sont liées à la chaleur spécifique de la terre et de la mer, à la dilatation thermique, à la densité et aux transferts de chaleur par convection . En maîtrisant ce sujet, vous pourrez répondre à ces questions et à bien d’autres encore.

Transfert de chaleur

Il existe trois types de transfert de chaleur , à savoir le transfert de chaleur par conduction, convection et rayonnement.

Transfert de chaleur par conduction. Lorsqu'un objet à haute température entre en contact avec un objet à basse température, de l'énergie est transférée de l'objet à haute température vers l'objet à basse température. Cette énergie supplémentaire provoque une accélération du mouvement des atomes et des molécules qui composent l'objet. Au cours de ce mouvement, les molécules acquièrent une énergie cinétique (Ec = ½ mv² ⁾ . Les molécules les plus rapides (possédant une énergie cinétique plus élevée) entrent en collision avec les molécules voisines. Ces dernières entrent ensuite en collision avec d'autres molécules voisines, et ainsi de suite. Ce processus de collisions moléculaires entraîne un transfert d'énergie. Le transfert de chaleur qui se produit par collisions entre les molécules constituant un objet est appelé conduction. La conduction a généralement lieu dans les solides, ou lors du passage des solides aux liquides (et inversement), ou encore des solides aux gaz (et inversement).