Température à travers l'histoire

Extrait de "mpi_html" consultable sur le site académique :http://www.ac-rennes.fr/pedagogie/scphys/accueil.htm

Retour menu

La notion de température
à travers les âges

Résistance

Objectif : Voir comment s'est construite la notion de température à travers les premiers instruments et les premières mesures, depuis l'Antiquité jusqu'à de nos jours.

Plan :

1 :	Première approche et premiers instruments
2 :	Voir un niveau de température
3 :	Différentes échelles de températures

1 : Première approche et premiers instruments

Température ou niveau de chaleur ?
Le vocabulaire permet de créer une échelle de température. Il a permis d'exprimer un "niveau de chaleur" avant même que les échelles de température ne soient inventées.
chaud glacial frais tiède brûlant froid bouillant gelé
1) Reproduis l'échelle ci-contre et place le vocabulaire défilant de manière à obtenir une échelle de température. Remarque : Tu peux notamment "t'amuser" à essayer de copier/coller les mots qui défilent... 2) Quel(s) sens permett(en)t d'évaluer ce "niveau de chaleur"?

Expérience
Réalise (ou observe) l'expérience ci-contre : - un élève plonge une main successivement dans de l'eau très froide, puis dans l'eau tiède - un autre élève plonge une main successivement dans de l'eau chaude, puis dans l'eau tiède.
3) Donne les conclusions de chaque élève. 4) Le sens du toucher permet-il une évaluation fidèle de la température de l'eau?
Premiers instruments
Au milieu du III^ème siècle avant notre ère, un ingénieur d'Alexandrie, Philon de Byzance, imagina un appareil permettant de détecter un réchauffement de l'air. Il avait donc inventé le thermoscope.
	Après avoir exposé son ballon au soleil, il observait le phénomène ci-contre. Puis en plaçant le ballon à l'ombre, de l'eau remontait dans le ballon. Par contre, sa conclusion nous paraît aujourd'hui bien curieuse: "Le feu est étroitement associé à l'air. De plus, il l'attire." 5) Explique les bulles d'air et la remontée de l'eau dans le ballon.

Un siècle avant notre ère, Héron d'Alexandrie, ingénieur lui aussi, construisit un autre thermoscope.
	Après exposition au soleil, l'eau monte dans le tube en U et se déverse dans l'entonnoir (voir schéma). Mis à l'ombre, le thermoscope revient dans son état initial, la quantité d'air restant toujours la même. Pour Héron, la diminution du volume de l'air du ballon placé à l'ombre "était dû à des fuites à travers les pores du ballon." 6) Explique les mouvements de l'eau lors de l'exposition au soleil.
Conclusion
Finalement, ni Philon, ni Héron ne comprenaient le dispositif qu'ils avaient conçu. 7) Peut- on dire que leurs instruments mesurent des températures ? Justifie.

2 : Voir le niveau de température

Le premier thermomètre
	Galilée inventa le thermoscope en 1597 (voir ci-contre) : Le liquide utilisé était l'alcool.		8) Qu'observe-t-on dans le thermoscope lorsque la température augmente ? 9) Sur quel phénomène physique est basé le thermoscope ? 10) Pourquoi ne peut-on nommer cet appareil thermomètre ?
Il semble que cette invention fut attribuée à tord à Galilée. Le médecin Santorio de Padoue utilisa cet appareil comme thermomètre. Mais il ne divulgua son invention qu'en 1612 et la décrivit en 1630. Ses malades plaçaient la boule dans la bouche ou dans la main. D'après le niveau du liquide dans le tube, il en déduisait le "degré de chaleur" de ses malades.	Santorio avait gradué le tube: une graduation avait été tracée quand la boule était entourée de neige, une autre graduation avait été tracée lorsque la boule était chauffée par une bougie, entre les deux, il graduait en subdivisions égales.		11) Pourquoi peut-on parler de thermomètre* et non plus de thermoscope ?*

Un autre progrès
Le thermomètre à air de Santorio présentait l'inconvénient de donner des résultats qui variaient avec la pression atmosphérique du moment : une augmentation de la pression atmosphérique faisait monter le niveau du liquide dans la colonne graduée.
C'est à Florence que fut réalisé le premier thermomètre à liquide. Ferdinand II de Médicis utilisa l'alcool dans un réservoir surmonté d'un tube fin fermé à son extrémité. Il comportait 50 graduations.
12) Pourquoi le thermomètre de Ferdinand II ne dépend-il pas de la pression atmosphérique? 13) Quel phénomène est utilisé dans le thermomètre de Ferdinand II ?

3 : Différentes échelles de température

Vers le thermomètre moderne

C'est à Florence, en 1702, que fut construit le premier thermomètre "classique". Un Danois, Ole Roemer, adopta les graduations suivantes la graduation soixante pour l'eau bouillante est un héritage de la numération mésopotamienne. le huitième de la graduation était réservé aux températures correspondant au gel, de manière à éviter les températures négatives.	En 1717, Fahrenheit, en contact avec Roemer, construisit le premier thermomètre à mercure qui suit une loi de dilatation plus régulière. Il adopta pour son échelle les valeurs: 32 °F pour la glace fondante et 98,6 °F pour le sang. Finalement, ce sont les constructeurs qui adopteront: 212 °F pour l'eau bouillante.	Un Français, Réaumur, utilisa une échelle ayant comme points fixes: 0 °R pour la glace fondante, 80 °R pour l'eau en ébullition. Bien que connaissant le défaut de l'alcool, il le préféra au mercure, car il est plus dilatable. Ses thermomètres dépassaient en général 1 mètre de hauteur !	On doit à un physicien suédois l'échelle centésimale Celsius, réalisa en 1741 un thermomètre à mercure utilisant les points fixes: 0 °C dans la glace fondante, 100 °C pour l'ébullition de l'eau. Les graduations sont prolongées au-dessus et en dessous par des graduations équidistantes. A la suite de la révolution française et de l'adoption du système métrique cette échelle centésimale fut adoptée en 1794.
14) Pourquoi l'eau n'est-elle pas utilisée dans les thermomètres ? 15) Pourquoi les fabricants ont-ils préféré la température de l'eau bouillante au sang comme point fixe ? Pour les plus rapides : Un petit exercice.

Un problème se posait....
Plus la température est élevée, plus l'agitation des molécules ou des ions est importante. On conçoit que, à force de refroidir la matière, on peut arriver à l'immobilité absolue des atomes, des ions ou des molécules : On atteindrait alors un zéro qui serait absolu ! 16) En quoi les échelles précédentes ne permettent pas de concevoir cela ?
L'échelle proposée par lord Kelvin
On ne parvient pas à atteindre le zéro absolu (défini précédemment), tout au plus on s'approche de températures un millionième de degré supérieures. D'ailleurs c'est est impossible car on ne peut réaliser une enceinte fermée parfaitement isolée. Néanmoins par calcul on peut fixer sa valeur à -273,15°C. Ainsi Lord Kelvin a pu construire l'échelle portant son nom (voir ci-dessous). Elle est graduée en kelvin noté K. Attention on ne parle plus de degré car son échelle n'est relative à aucun thermomètre !
		17) Donne la correspondance des températures données en degré Celsius en exprimant ces températures en kelvin. Il faudra pour cela donner la relation entre t (en °C) et T (en K). t = .................................... 18) Avec l'échelle de Kelvin, la température peut-elle être infiniment grande ?

Exercice de conversions
Exprime la température du sang en degré Celsius, en degré Fahrenheit et en degré Réaumur. Écris tes valeurs dans les cases et clique sur Je vérifie ! : °C °R °F Attention, pour les deux derniers résultats, un chiffre après la virgule est attendu ! Donne le détail de tes calculs dans le compte-rendu. Pour refaire l'exercice : Clique ici* (Cette page est aussi accessible par la rubrique Pour Réviser du menu)*
Retour
Rappels
Roemer	Fahrenheit	Réaumur	Celsius

Retour