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La Physique-Chimie autrement
P.72-73

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La Physique-Chimie autrement


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Les différentes échelles de température

La nécessité d’évaluer la fièvre des patients a été la première motivation pour se doter d’une échelle de température. Deux des propositions formulées au XVIIIe siècle sont encore utilisées aujourd’hui. Une troisième, plus récente, s’est cependant imposée en Physique-Chimie.

1
Doc. 3 Sais-tu s’il est possible que les températures de changements d’état de l’eau aient des valeurs différentes de celles que tu connais ?



2
Doc. 1 Que penses-tu des références de Fahrenheit et Celsius ?



3
Doc. 2 Pourquoi l’échelle de Kelvin est-elle celle utilisée par les scientifiques ?



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Doc. 1
Les échelles de Fahrenheit et de Celsius.

Les premiers thermomètres reposent tous sur le principe suivant : plus il fait chaud, plus les fluides ont un volume important. On peut facilement mesurer les variations de température mais pour la définir, il faut fixer des références. En 1709, Fahrenheit prend pour référence la température la plus basse qu’il constate pendant l’hiver : ce sera son 0°F. Pour la température chaude, il prend celle du sang de cheval et fixe alors 96°F. En 1741, Celsius propose une échelle très simple qui va rapidement s’imposer : 0°C dans la glace fondante et 100°C dans l’eau bouillante.

Doc. 2
L'échelle de Kelvin

Au XIXe siècle, Lord Kelvin instaure une température absolue qui n’a pas besoin de référence. Il définit le zéro absolu comme la température à laquelle la matière n’a aucune énergie thermique. Impossible de faire plus froid que ça ! Il ajuste ensuite sa graduation sur celle de Celsius : un Kelvin représente la température obtenue en augmentant le zéro absolu d’un degré Celsius. On sait aujourd’hui que la glace fond à 273,15 K, c’est-à-dire que le zéro absolu correspond à -273,15 °C.

Doc. 3
Les trois échelles de température en usage aujourd'hui.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 3</stamp> Les trois échelles de température en usage aujourd'hui.

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Cuisiner dans un vaisseau spatial ? Pas si simple !

Han se demande pourquoi, à bord du Faucon, il rate la cuisson à l’eau des légumes achetés sur Mintaruss. Sur cette planète, il n’y avait aucun problème !

1
Quelle est la température d’ébullition de l’eau sur Mintaruss, sachant que la pression y est de 1 000 hPa ?



2
La pression de l’air dans le Faucon est ajustée à 1 000 hPa. Comprends-tu le problème de Han?



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Doc. 1
Température d’ébullition de l’eau et pression exercée.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Température d’ébullition de l’eau et pression exercée.

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Transforme instantanément de l’eau en glace !

▸ Étapes de la fabrication : Matériel :- 3 bouteilles d’eau de source de cL.- Un réfrigérateur avec un compartiment freezer.- Un saladier. Ouvre et referme les bouteilles, puis mets-les au freezer environ trois heures. Sors délicatement une bouteille. Si l’eau est gelée, recommence l’expérience en la laissant moins longtemps au freezer. Sinon, frappe-la contre le sol. Si rien ne se passe, remets-la un peu plus longtemps au freezer. Si la solidification instantanée fonctionne, verse délicatement le contenu d’une autre bouteille dans un saladier pour créer une stalagmite. ▸ Des questions à se poser :

1
À quelle température la glace peut-elle commencer à se former dans de l’eau liquide ?



2
À quelle température est l’eau liquide après trois heures au freezer ?



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Doc. 1
Stalagmite.

<stamp theme='pc-green1'>Doc. 1</stamp> Stalagmite.

Lorsqu’elle tombe dans le saladier, l’eau gèle instantanément.

Explication scientifique

Ce phénomène est dû à la surfusion. L’eau liquide a atteint une température négative sans se solidifier. Cette situation n’est pas stable ; le moindre choc fait rapidement passer l’eau à l’état solide !
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