Que signifie zéro absolu ?

Définition zéro absolu:

Le zéro absolu théorique de la température, à 0 K en échelle Kelvin, vaut 273,15 °C dans l'échelle Celsius, ou 0 °R dans l'échelle de Rankine, ou encore 459,67 °F dans l'échelle Fahrenheit.

Pour faire la conversion °C vers kelvin, on fixe à T(K) = T(°C) + 273,15. On accédera au module de calculs de température pour se faciliter la vie.

Si la vitesse de la lumière représente une vitesse limite non atteignable pour un système physique à ce jour (on peut rêver), il existe une borne inférieure similaire, toujours non atteignable, pour la température thermodynamique d'un système physique introduite par Kelvin: le zéro absolu. Sur l'échelle des degrés Celsius il vaut exactement -273,15 °C (degré Celsius) par convention; la valeur réelle du zéro absolu n'est pas atteignable et le record est de 0,21 K en 2003...

Étant donné un corps à la température ordinaire, nous savons abaisser ou élever sa température; et la première question qui se pose est celle-ci: peut-on indéfiniment faire varier sa température dans les deux sens; a priori, rien ne fait prévoir qu'on ne puisse élever de plus en plus la température d'un corps, mais il n'en est pas de même si l'on envisage la variation inverse.

Considérons en effet un gaz quelconque: soit V0 son volume à la température de la glace fondante; son volume Vt à une température t quelconque est donnée par l'équation Vt = V0 (1 + t/273). Si l'on fait dans cette formule t = - 273°, on a Vt = 0, de sorte que cette formule conduit à cette conclusion que la température ne saurait dépasser - 273°.

Remarquons, en outre, que lorsqu'on chauffe un volume V0, de gaz mesuré à zéro (glace fondante par exemple à pression connue), successivement à 273, 2 x 273, 3 x 273, etc., son volume augmente d'une, deux, trois, etc., fois sa valeur en même temps qu'il faut lui fournir pour cela des quantités de chaleur Q, 2Q, 3Q, etc. Il est donc naturel de penser que si, prenant le même volume de gaz V0 à la température de la glace fondante, on lui retire la même quantité Q de chaleur, son volume diminuera encore de V0, ce qui l'amènera à être nul.

On peut toutefois faire à cette théorie l'objection assez grave que c'est par une extrapolation un peu hardie qu'on est arrivé à ce résultat. De ce fait qu'on a constaté l'existence d'un coefficient identique de dilatation pour tous les gaz entre des limites de température assez étendues, il ne résulte pas qu'on puisse admettre qu'il en est de même à des températures beaucoup plus basses; d'ailleurs la formule suppose que l'on a affaire à des gaz. Or on sait maintenant que tous les gaz peuvent devenir liquides à une température assez basse: que deviennent alors les considérations précédentes ?

Ces objections ont beaucoup perdu de leur valeur depuis qu'on est parvenu à approcher de cette température de -273 °C. Il n'existe plus de gaz à cette température; de plus, si l'on détermine à ces basses températures un certain nombre de propriétés, comme la résistance électrique des métaux, leur chaleur spécifique, on trouve qu'elles varient rapidement, et si l'on représente par des courbes les résultats obtenus, on trouve que ces courbes tendent vers une ordonnée nulle pour la température de -273,15 °C. Voilà deux phénomènes d'ordres très différents du premier (contraction des gaz) qui conduisent à la même valeur approximative du zéro absolu. Enfin ces résultats conduisent à cette conclusion qu'au zéro absolu, leur conductibilité pour la chaleur et l'électricité est parfaite; ils n'opposent plus aucune résistance au passage de la chaleur et de l'électricité, et une quantité extrêmement faible de chaleur élève leur température d'une quantité très notable.

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