Comment a été calculé le zéro absolu ?

Calcul du Zéro Absolu

Le zéro absolu, la température la plus basse théoriquement possible, est un concept fondamental en physique et thermodynamique. Son calcul a permis d’établir les fondements des échelles de température Kelvin et Rankine.

Historique des Recherches

L’idée du zéro absolu a émergé au début du XIXe siècle, lorsque les scientifiques ont commencé à étudier les propriétés des gaz. En 1848, le physicien britannique William Thomson (plus tard Lord Kelvin) a démontré que les gaz se contractent linéairement lorsqu’ils sont refroidis à pression constante. En extrapolant cette relation, il a prédit l’existence d’un point de température minimale, où le gaz aurait un volume nul et aucune agitation thermique.

Équation de Clapeyron

La base du calcul du zéro absolu repose sur l’équation de Clapeyron, qui relie la pression, le volume et la température d’un gaz idéal :

PV = nRT

où :

• P est la pression du gaz
• V est le volume du gaz
• n est le nombre de moles de gaz
• R est la constante universelle des gaz (8,314 J/(mol·K))
• T est la température du gaz

Détermination Expérimentale

En 1877, le physicien français Louis Cailletet a réalisé une expérience pour déterminer le zéro absolu. Il a comprimé de l’hydrogène jusqu’à le liquéfier, puis a abaissé progressivement la pression. À un moment donné, le liquide s’est transformé en une brume, indiquant qu’il atteignait son point d’ébullition. En mesurant la température à laquelle cela s’est produit, Cailletet a estimé le zéro absolu à environ -273 °C.

Définition Moderne

La définition moderne du zéro absolu est basée sur le troisième principe de la thermodynamique, qui stipule que l’entropie d’un cristal parfait à zéro absolu est nulle. Cela signifie qu’à cette température, il n’y a plus d’agitation thermique et que toutes les particules sont dans leur état fondamental.

Par convention, le zéro absolu a été défini comme 0 K sur l’échelle Kelvin et 0 Ra sur l’échelle Rankine. Converti en degrés Celsius, il équivaut à -273,15 °C, et en degrés Fahrenheit, à -459,67 °F.