Cet article explique en quoi consiste le zéro absolu de température. De plus, vous découvrirez quelle est la valeur du zéro absolu dans différentes échelles thermométriques, ainsi que l'histoire du zéro absolu.
Qu'est-ce que le zéro absolu ?
Le zéro absolu est la valeur de température la plus basse pouvant être atteinte. Le zéro absolu est le point de départ de l'échelle thermométrique Kelvin, de même, le zéro absolu est égal à -273,15 ºC ou -459,67 ºF.
La température d’un corps est causée par le mouvement de ses particules, c’est-à-dire que plus la température d’un corps est élevée, plus ses particules vibrent. Par conséquent, en théorie, à température nulle absolue, les particules ne bougent pas. Cependant, selon les principes de la mécanique quantique, au zéro absolu il doit y avoir de l’énergie résiduelle.
En ce sens, selon la troisième loi de la thermodynamique, il est impossible d’atteindre le zéro absolu de la thermodynamique. En fait, la température minimale atteinte est de 38 pK (0,000000000038 K) au-dessus du zéro absolu ; la température du zéro absolu n'a pas encore été atteinte.
Valeur zéro absolu
La valeur du zéro absolu de température dans les différentes échelles thermométriques est :
| échelle de température | Valeur zéro absolu |
|---|---|
| Degrés Celsius | -273,15ºC |
| Kelvin | 0K |
| Degrés Fahrenheit | -459,67 ºF |
| Diplômes Rankine | 0ºR |
Par conséquent, les échelles de température Kelvin et Rankine sont absolues car elles prennent leur température zéro au zéro absolu. Bien que les échelles Celsius et Fahrenheit soient relatives car leur température nulle est une autre valeur, des températures négatives existent donc sur ces échelles.
Des températures proches du zéro absolu
Compte tenu de la définition du zéro absolu de température, dans cette section nous verrons les valeurs thermométriques qui ont été enregistrées très proches du zéro absolu. A noter que l'absence de température n'est pas encore atteinte.
On sait que dans le système solaire, il existe des zones où la température est proche de -240 ºC. Par exemple, dans les cratères du pôle sud de la Lune.
De plus, la température moyenne de l'univers est d'environ -270,42 ºC, une valeur très proche du zéro absolu mais qui n'atteint toujours pas -273,15 ºC.
Enfin, le record de la température la plus basse jamais enregistrée a été atteint en 2021, lorsque la température de 38 pK (0,000000000038 K) a été atteinte. Logiquement, cette température n’était pas naturelle, mais a été obtenue artificiellement grâce à une expérience scientifique.
Histoire du zéro absolu
Dans cette dernière section nous verrons l'origine du concept de zéro absolu, car il est plus ancien qu'il n'y paraît.
Déjà dans la Grèce antique, l’existence d’une température nulle absolue commençait à être envisagée. Parménide d'Élée (570 avant JC-475 avant JC) croyait qu'il existait une substance élémentaire qui se trouvait à cette température. Plus tard, Plutarque de Chéronée (46-120), donna le nom de Primum Frigidum à cette substance théorique.
En 1665, Robert Boyle a publié une publication ( Nouvelles expériences et observations sur le zéro absolu ) dans laquelle il concluait que le froid était l'absence de mouvement des particules. Il a également établi que le froid n'était pas une grandeur positive, mais qu'il s'agissait simplement d'un manque de chaleur. . En outre, Boyle a soutenu que les scientifiques devraient d'abord considérer l'existence de la substance Primum Frigidum avant de discuter de sa nature.
Au début du XVIIe siècle, Guillaume Amontons (1663-1705) réalise plusieurs expériences liées à la mesure de la température à l'aide d'un thermomètre à air. Le Français a observé que sur une large plage de températures, la diminution de la température était proportionnelle à la diminution de la pression atmosphérique. Par conséquent, il est arrivé à la conclusion que le zéro absolu se produirait lorsque la pression atmosphérique était nulle. L'extrapolation des résultats d'Amontons a indiqué que le zéro absolu se situerait à -240 ºC.
En s'appuyant sur les fondations établies par Amontons, Johan Heinrich Lambert (1728-1777) répéta ses expériences, mais avec plus de soin et en utilisant de meilleurs instruments. Ainsi, il a déterminé que le zéro absolu était à -270 ºC, une approximation bien meilleure qu'auparavant. En revanche, il a dit que le zéro absolu devrait être dit froid absolu .
Enfin, William Thomson (1824-1907), également connu sous le nom de Lord Kelvin, a abordé la signification du zéro absolu sous un angle différent. En 1848, il crée l'échelle thermométrique Kelvin, basée uniquement sur les principes fondamentaux de la thermodynamique et donc indépendante des propriétés thermiques de toute substance. De plus, il profite des résultats obtenus par Carnot dans ses recherches sur le rendement du moteur thermique. En établissant cette échelle de température, il a placé le zéro absolu à -273,15 ºC.