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Kelvin

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

wikt:

Voir « kelvin » sur le Wiktionnaire.

Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule (« kelvin » et non « Kelvin »).

Le kelvin est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau (H2O), et une variation de température de 1 K est équivalente à une variation de 1 °C[1]. Toutefois, à la différence du degré Celsius, le kelvin est une mesure absolue de la température qui a été introduite grâce au troisième principe de la thermodynamique. La température de 0 K est égale à -273,15 °C et correspond au zéro absolu (le point triple de l'eau est donc à la température +0,01°C).

N'étant pas une mesure relative, le kelvin n'est jamais précédé du mot « degré » ni du symbole « ° », contrairement aux degrés Celsius ou Fahrenheit. À l'origine, en 1954 (10e CGPM, résolution 3, CR 79), le kelvin s'appelait le « degré Kelvin », et s'écrivait alors °K. Le « degré » fut supprimé lors de la 13e CGPM, en 1967 (résolution 3, CR 104) et son symbole devint K[2].

Sommaire

[modifier] Conversion vers les autres unités

  • degrés Celsius en kelvins : K = °C + 273,15
  • kelvins en degrés Celsius : °C = K - 273,15
  • degrés Fahrenheit en kelvins : K = (°F + 459,67) / 1,8 gtp
  • kelvins en degrés Fahrenheit : °F = K × 1,8 − 459,67.

[modifier] Construction et conséquence de l'unité Kelvin

La fraction 1/273,16 est due au choix du point triple de l'eau comme point de référence, et à la volonté de définir une unité de température permettant de retrouver les intervalles de températures usuels associés aux anciennes échelles de température. Quoique la définition officielle du degré Celsius soit basée sur celle du kelvin, ce dernier a été établi postérieurement.

Historiquement les points de référence choisis pour construire les échelles de température étaient la température de congélation de l'eau, qui définit le zéro, et la température d'ébullition, fixée à 100. Ces deux points définissaient ainsi une échelle centigrade dont le pas est un centième de la différence de température entre ces deux points. Cette échelle de température a longtemps été confondue avec l'échelle Celsius.

La notion de température thermodynamique, et implicitement celle de température absolue, introduit la notion de zéro absolu, rendant inutile la référence à deux points. Un seul point fixe de référence suffit. Le point triple de l'eau, c'est-à-dire les conditions dans lesquelles coexistent les trois états (liquide, solide et gazeux) de l'eau, est un point de température et de pression invariantes (variance nulle). Il constitue donc un point fixe fondamental de référence[1], plus stable que la température de congélation, par exemple, qui varie avec la pression.

Ayant adopté ce point de référence, il reste à définir la variation ou l'intervalle d'un kelvin qui est la suivante : Le kelvin est la fraction 1/273,16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau.

Celle-ci devient en retour la référence de la définition du degré Celsius, qui devient suite à cette réforme une unité dérivée du système internationale : l'unité de température Celsius est égale à l'unité de température kelvin par définition, tout intervalle de température ayant la même valeur numérique dans les deux unités[1].

En revanche, du fait de ce choix d'unité, la température d'ébullition de l'eau à la pression atmosphérique n'est plus de 100 °C mais de 99,975 °C. Néanmoins ce choix menant à un écart très faible avec la valeur 100, il permet de maintenir les définitions courantes des points de congélation et d'ébullition de l'eau sous pression atmosphérique : respectivement 0 °C et approximativement 100 °C. En toute rigueur seule l'échelle centigrade, obsolète, attribue encore la valeur exacte 100 à la température de ce point d'ébullition.

En 2005, la définition a été raffinée[3] en spécifiant la composition isotopique de l’eau dont le point triple est utilisé :

  • 0,000 155 76 mole de 2H par mole de 1H
  • 0,000 379 9 mole de 17O par mole de 16O
  • 0,002 005 2 mole de 18O par mole de 16O

Cette composition est celle du matériau de référence de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIÉA) connu sous le nom de "Vienna Standard Mean Ocean Water" (VSMOW), tel que recommandé par l’Union internationale de chimie pure et appliquée (UICPA) dans J. R. de Laeter, J. K. Böhlke, P. De Bièvre, H. Hidaka, H. S. Peiser, K. J. R. Rosman, et P. D. P. Taylor (2003), Atomic Weights of the Elements: Review 2000 (IUPAC Technical Report), Pure and Applied Chemistry, Vol. 75, No. 6, pp. 683–800.

[modifier] Multiples du kelvin

    10 N  Préfixe   Symbole    Nombre 
   1024   yottakelvin
YK
  Quadrillion
   1021   zettakelvin
ZK
  Trilliard
   1018   exakelvin
EK
  Trillion
   1015   pétakelvin
PK
  Billiard
   1012   térakelvin
TK
  Billion
   109   gigakelvin
GK
  Milliard
   106   mégakelvin
MK
  Million
   103   kilokelvin
kK
  Mille
   102   hectokelvin
hK
  Cent
   101   décakelvin
daK
  Dix
   100   kelvin
K
  Un
   10-1   décikelvin
dK
  Dixième
   10-2   centikelvin
cK
  Centième
   10-3   millikelvin
mK
  Millième
   10-6   microkelvin
μK
  Millionième
   10-9   nanokelvin
nK
  Milliardième
   10-12   picokelvin
pK
  Billionième
   10-15   femtokelvin
fK
  Billiardième
   10-18   attokelvin
aK
  Trillionième
   10-21   zeptokelvin
zK
  Trilliardième
   10-24   yoctokelvin
yK
  Quadrillionième 
Anciens multiples et sous-multiples du kelvin
10 N Préfixe Symbole Nombre en français Nombre en chiffre
   104   myriakelvin
maK
  Dix mille   10 000
   10-4   myriokelvin
moK
  Dix-millième
  0,000 1

[modifier] Autres échelles de température

Différentes échelles sont utilisées pour mesurer la température : l’échelle Newton (établie vers 1700), Rømer (1701), Fahrenheit (1724), Réaumur (1731), Delisle (1738), centigrade (de Celsius) (1742), Rankine (1859), kelvin[4] (1862), Leyden (ca. 1894?) et Celsius (1948).

[modifier] Références

Comparaison des échelles de température[1]
Commentaire kelvin Celsius centigrade Fahrenheit Rankine Delisle Newton Réaumur Rømer
Zéro absolu 0 −273,15 −459,67 0 559,725 −90,14 −218,52 −135,90
Plus basse température enregistrée à la surface de la Terre
(Base antarctique Vostok - 21 juillet 1983)
184 −89 −128,2 331,47 283,5 −29,37 −71,2 −39,225
Mélange eau/sel de Fahrenheit 255,37 −17,78 0 459,67 176,67 −5,87 −14,22 −1,83
Température de fusion de l’eau (à la pression standard) 273,15 0 0 32 491,67 150 0 0 7,5
Température moyenne à la surface de la Terre 288 15 59 518,67 127,5 4,95 12 15,375
Température moyenne du corps humain 309,95 36,8 98,24 557,91 94,8 12,144 29,44 26,82
Plus haute température enregistrée à la surface de la Terre
(El Azizia en Libye - 13 septembre 1922)
331 58 136,4 596,07 63 19,14 46,4 37,95
Température de vaporisation de l’eau (à la pression standard) 373,125 99,975 100 212 671,67 0 33 80 60
Température de fusion du titane 1 941 1 668 3 034 3 494 −2 352 550 1 334 883
Température de la surface du Soleil 5 800 5 526 9 980 10 440 −8 140 1 823 4 421 2 909

[modifier] Références

  1. Certains nombres de ce tableau ont été arrondis.

[modifier] Notes et références


[modifier] Liens externes