Temperatura

La temperatura (dau latin: tempĕrātūra) es una grandor fisica qu'es liada, dins la vida vidanta, ai sensacions de freg e de caud en provenància dei transferiments termics entre lo còrs uman e son environament. En fisica, es una nocion fondamentala que tèn de definicions diferentas segon lei disciplinas. Lei tres pus importantas son basadas sus la teorica cinetica dei gas (foncion depintant l'agitacion termica dei particulas), la termodinamica (equilibri dei transferiments termics en plusors sistèmas) e sus la fisica estatistica (a partir de l'entropia). Existís tanben de definicions especificacas dins d'autrei domenis dei sciéncias coma la medecina ò la meteorologia.

La temperatura se mesura amb un termomètre e l'objècte de sa mesura es una disciplina scientifica dicha termometria. Relativament anciana, utiliza d'instruments e d'unitats variats. Leis instruments pus frequents son lo termomètre e lo termocoble. L'unitat de mesura internacionala es lo kelvin qu'es generalament utilizat per lei fisicians e lei quimistas. Pasmens, lo gra Celsius e lo gra Fahrenheit (dins lei país anglosaxons), ben adaptats a la vida vidanta, demòran fòrça utilizats.

Istòria

Retrach de Lord Kelvin.

La nocion de temperatura, eissida dei sensacions de freg e de caud, sembla relativament anciana. D'efiech, dins un tractat datant dau sègle III avC, Filon de Bizanci depintèt un aparelh, dich termoscòpi, que permetiá de detectar un rescaufament de l'aire. Un autre termoscòpi foguèt concebut per Eron d'Alexàndria au sègle I avC. Lei dos instruments utilizavan de tubes e de balons emplits d'aiga e d'aire. Durant una exposicion au Soleu, lo nivèu de l'aiga varia en causa de la dilatacion de l'aire. Pasmens, dins lei dos cas, mau capitèron de comprendre lo foncionament de seis instruments en causa dei limits de la fisica antica.

Lei termoscòpis seguents foguèron inventats au començament dau sègle XVI per Galileo Galilei (1564-1642) e per Santorio Santorio (1561-1636). Lo premier aguèt l'idèa d'emplir lo tube d'alcòl per establir una mesura pus precisa. Lo segond melhorèt mai l'idèa amb l'apondon de graduacions. L'utilizava, coma mètge, per mesurar lo « gra de calor » dei malauts. Es ansin de còps creditat de l'invencion dau premier termomètre. Dins aquò, lo resultat de son aparelh èra fòrça influenciat per la pression atmosferica. Lo premier termomètre vertadier foguèt concebut per Ferrand II de Medicis (1610-1670) en 1654, dètz ans après la descubèrta de la pression atmosferica per Evangelista Torricelli (1608-1647).

A partir de la fin dau sègle XVII, la multiplicacion de termomètres precís necessitèt d'unificar lei mesuras. Lo premier es probablament Carlo Renaldini (1615-1698) que prepausèt d'utilizar lo ponch de fusion de l'aiga coma referéncia en 1694. Plusors escalas foguèron ansin definidas durant lo sègle seguent. Lei doas pus famosas foguèron :

l'escala Fahrenheit prepausada en 1720 per Gabriel Fahrenheit (1686-1736) qu'inventèt tanben lo premier termomètre de mercuri.
l'escala Celsius imaginada per Anders Celsius (1701-1744) en 1741. Amb 100 intervals entre lo ponch de fusion de l'aiga (0 °C) e lo ponch de vaporizacion de l'aiga (100 °C), se difusèt largament e foguèt adoptada per leis autoritats revolucionàrias francesas.

En 1848, la descubèrta dau zèro absolut permetèt a Lord Kelvin (1824-1907) de prepausar una escala de temperatura absoluda. Pasmens, foguèt necessari d'esperar fins a 1960 per veire l'adopcion oficiala dau kelvin coma unitat internacionala de temperatura.

En parallèl, l'aparicion e lo desvolopament de la termodinamica permetèt de liar la nocion de temperatura a de proprietats fisicas coma l'agitacion termica dei moleculas d'una mòstra de gas. Aquò permetèt de remplaçar lei concèptes empirics de « caud » e de « freg ». Pasmens, entraïnèt l'emergéncia de mai d'una definicion fondada sus de fenomèns diferents coma l'agitacion termica, l'equilibri termic e l'entropia.

Definicions

A partir de la teoria cinetica dei gas

Representacion simplificada de l'agitacion termica dins una mòstra de gas.

Article detalhat: Teoria cinetica dei gas.

La teoria cinematica dei gas mesura la temperatura a partir de la mesura de l'agitacion termica dei particulas que compausan la matèria. Es tanben possible d'utilizar lei raionaments electromagnetics que passan dins lo vuege. Aquela definicion es fòrça utilizada per mesurar la temperatura dei gas car l'energia cinetica E_k d'una molecula de gas despend, dins la teoria cinetica dei gas, unicament de la temperatura T e de la constanta de Boltzmann k_B. Per exemple, dins lo cas d'un gas perfiech monoatomic, es donada per la relacion :

$E_{k}={\frac {3}{2}}.k_{B}.T$

A partir de la termodinamica

Article detalhat: Termodinamica.

La definicion termodinamica de la temperatura foguèt formulada per lo premier còp per Lord Kelvin. Es basada sus una maquina teorica qu'es dicha motor de Carnot que fonciona segon un cicle de Carnot. Aqueu motor preleva una quantitat de calor Q₁ d'una sèrva cauda e transferís una quantitat de calor Q₂ vèrs una sèrva freja. La diferéncia d'energia es transmesa, sota forma de trabalh termodinamic, a una « sèrva de trabalh » que representa la poissança dau motor. Lo motor fonciona pron lentament per èsser en equilibri termodinamic a cada ponch de son cicle, çò que permet d'empedir la formacion d'entropia. La quantitat d'entropia prelavada de la sèrva cauda quand la sèrva de trabalh es caufada es alora egala a aquela que passa vèrs la sèrva freja quand la sèrva de trabalh es refrejada. Dins aqueu cas, es possible de definir lei temperaturas termodinamicas T₁ e T₂ de la maniera seguenta :

${\frac {T_{1}}{T_{2}}}=-{\frac {Q_{1}}{Q_{2}}}$

Lo principi zèro de la termodinamica permet d'utilizar aquela relacion per mesurar la temperatura absoluda d'un sistèma se la temperatura dau sistèma de mesurar es la meteissa d'aquela de la sèrva cauda.

A partir de l'entropia

Article detalhat: Entropia.

Es tanben possible de definir la temperatura a partir de l'entropia en utilizant lo segond principi de la termodinamica que declara que tota transformacion d'un sistèma termodinamic entraïna una creacion d'entropia. D'efiech, coma es la temperatura que dicta la forma d'un transferiment de calor entre dos sistèmas e que l'entropia de l'Univèrs tend a aumentar, es possible de trobar una relacion entre aquelei grandors.

Mesura de la temperatura

Escalas de mesura

Divèrseis escalas de temperatura son estadas imaginadas dempuei l'aparicion dau termomètre. Au mens tres son totjorn d'usatge frequent dins la societat actuala. Leis autrei son venguts pus raras mai pòdon aparéisser dins de tèxtes ancians ò dins de disciplinas aguent gardat d'usatges tradicionaus.

Lo kelvin

Article detalhat: Kelvin.

Lo kelvin (K) es l'unitat de mesura de la temperatura dau Sistèma Internacionau d'Unitats. Per aquela rason, es sovent utilizat en fisica, en quimia e en engenhariá. Es definit a partir dau ponch triple de l'aiga : un kelvin es egau a la fraccion 1/273,16 de la temperatura d'aqueu ponch. Aquela definicion permet de definir una temperatura absoluda bòrd que son origina es lo zèro absolut.

Lo gra Celsius e leis escalas centigradas

Article detalhat: Gra Celsius.

Lo gra Celsius (°C) es l'unitat de temperatura pus utilizada a l'ora d'ara. Sa definicion modèrna es basada sus lo kelvin e correspond a la relacion 1 °C = 1 K – 273,15. Es sovent associat amb lo grad centigrad car lei doas unitats foguèron imaginadas au començament deis ans 1740 a partir dei ponchs de fusion e de vaporizacion de l'aiga. La diferéncia èra lo sens de l'escala : l'escala Celsius originala aviá adoptat l'unitat 0 per la vaporizacion e 100 per la fusion mentre que l'escala centigrada utilizava la notacion contrària. Dins aquò, l'escala Celsius foguèt rapidament reformada per adoptar lo sens centigrad e lei dos tèrmes venguèron sinonims.

Lo gra Fahrenheit

Article detalhat: Gra Fahrenheit.

Lo gra Fahrenheit (°F) es una unitat de mesura encara frequenta dins lei país anglosaxons. Foguèt definit per Gabriel Fahrenheit a partir de la temperatura de solidificacion d'una mescla eutectica d'un volum egau de clorur d'amonium e d'aiga e de la temperatura d'un èsser uman en bòna santat mesurada dins la boca. Dins aqueu sistèma, l'aiga se solidifica a 32 °F e se vaporiza a 212 °F.

Instruments de mesura

Termomètre

Termomètre de mercuri de la fin dau sègle XVIII.

Article detalhat: Termomètre.

Lo termomètre es l'instrument pus utilizat per mesurar la temperatura. Lo principi generau de son foncionament es de mesurar l'efiech de la temperatura sus una proprietat fisica conegut d'un sistèma de referéncia. Plusors proprietats son utilizadas coma la dilatacion e la pression d'un còrs (solid, liquid ò gasós), l'evolucion dei proprietats electricas ò magneticas d'un sistèma ò l'evolucion deis emissions electromagneticas d'un còrs (en particular sa color). Pasmens, lei termomètres pus frequents son de termomètres de liquid (mercuri, alcòl) que son basats sus la dilatacion dau liquid dins un tube sarrat.

Termocoble

Article detalhat: Termocoble.

Un termocoble es un instrument basat sus l'efiech Seebeck, un efiech termoelectric qu'entraïna l'aparicion d'una diferéncia de potenciau electric a la joncion entre dos materiaus somés a una diferéncia de temperatura. Pauc cars, an pasmens una precision limitada, generalament de l'òrdre 0,1 °C.

Aplicacions particularas dins certanei disciplinas

Medecina

En medecina, la temperatura es una donada importanta per mesurar la santat d'un organisme. D'efiech, una temperatura anormala es generalament un signe de patologia. Es generalament mesurada en gra Celsius ò Fahrenheit.

Meteorologia

En meteorologia, la temperatura es un paramètre important per descriure lo temps e preveire son evolucion. Sa mesura es donc normalizada e correspond a una temperatura mesurada dins una sosta plaçada dins de condicions particularas. Es generalament mesurada en gra Celsius ò Fahrenheit.