Celsius, Kelvin et le zéro absolu — exercice corrigé de thermodynamique (PTSI) (chapitre 1)

Celsius, Kelvin et le zéro absolu

Le système thermodynamique : descriptions et variables d'état · niveau 1 (application)

Énoncé

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. Dans $P V = n R T$ , la température est en facteur : doubler $T$ doit doubler $P V$ . Cela n'a de sens que si $T = 0$ est l'origine physique, celle où $P V$ s'annulerait. Avec $θ$ en degrés Celsius, la loi donnerait $P V = 0$ à $0^{\circ} C$ , alors qu'un gaz y a bien un volume et une pression, et $P V < 0$ en dessous : absurde. Seule l'échelle absolue, nulle au zéro absolu, convient.

3. Le zéro absolu est la limite où l'agitation thermique serait minimale (il ne subsiste qu'un mouvement résiduel d'origine quantique) ; c'est la température où la pression d'un gaz dilué à volume fixé s'annulerait par extrapolation. On peut s'en approcher, pas l'atteindre.