Celsius, Kelvin et le zéro absolu

Exercice · niveau 1 (application) · thermodynamique (MPSI), chapitre 1 — Le système thermodynamique : descriptions et variables d'état

Énoncé

Trois échelles coexistent ; en thermodynamique, seule l'échelle absolue (kelvin) convient aux lois des gaz.

Convertir $2 0^{\circ} C$ , $- 19 6^{\circ} C$ (azote liquide) et $10 0^{\circ} C$ en kelvins.

Pourquoi une température en degrés Celsius ne peut-elle pas figurer directement dans $P V = n R T$ ?

Que signifie physiquement $T = 0 K$ ?

Corrigé

1. $2 0^{\circ} C = 293.15 K$ ; $- 19 6^{\circ} C = 77.15 K$ ; $10 0^{\circ} C = 373.15 K$ .

2. $P V = n R T$ exige une grandeur proportionnelle à l'agitation : à $0^{\circ} C$ le gaz a encore du volume, alors qu'un $T$ nul devrait l'annuler. Seule l'échelle absolue (nulle au zéro absolu) rend la loi correcte.

3. Le zéro absolu est la limite où l'agitation thermique est minimale (mouvement résiduel quantique seulement) : on ne peut pas l'atteindre.

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