Température et thermomètre

Mesurer une température et comprendre les échelles.

Physique 5ème Chapitre 8 / 8 ⏱ 4 h

Ce que tu sauras faire à la fin

Mesurer correctement une température
Convertir degrés Celsius et kelvins
Expliquer le principe de dilatation

Un matin de janvier à Abéché, pendant l'harmattan, tu grelottes en sortant de la maison. L'après-midi, à Ndjamena, en avril, l'air brûle et le goudron devient mou sous le soleil. Dans les deux cas, tu sens que la température a changé. Mais « il fait très chaud » n'est pas un chiffre : pour comparer deux journées, pour savoir si un enfant a de la fièvre, pour régler un four ou surveiller la chaîne du froid d'un vaccin, il faut un nombre précis, le même pour tout le monde. C'est exactement le rôle du thermomètre.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre à mesurer une température au lieu de simplement la ressentir, à comprendre pourquoi un thermomètre à liquide fonctionne (le secret, c'est la dilatation), à l'utiliser correctement pour éviter les erreurs de lecture, et à connaître les températures repères qui reviennent sans cesse en physique et dans la vie de tous les jours.

Tu as sans doute déjà tenu un thermomètre médical dans les mains. Cette fois, tu vas savoir ce qu'il y a dedans, comment il est gradué, et comment ne pas se tromper en le lisant. C'est un chapitre très concret : chaque notion se voit, se touche, se vérifie avec un thermomètre de cuisine ou une bouteille d'eau chaude.

1Notion de température

Avant de parler d'appareils, il faut bien distinguer deux choses que l'on confond souvent : ce que l'on ressent avec la peau, et ce que l'on mesure avec un instrument.

Définition

La température est une grandeur physique qui indique à quel point un corps est chaud ou froid, de façon précise et chiffrée. Elle se mesure avec un appareil appelé thermomètre, jamais avec la main : le toucher donne une impression, le thermomètre donne un nombre.

1.1 Le toucher trompe

Ta peau ne mesure pas une température : elle ressent une différence de température entre elle-même et ce qu'elle touche. Or cette différence dépend de l'état de départ de ta main, pas seulement de l'objet touché.

Exemple — l'expérience des trois bassines

Tu prépares trois bassines : une d'eau froide, une d'eau tiède, une d'eau chaude (mais supportable). Tu plonges la main gauche dans l'eau froide et la main droite dans l'eau chaude pendant une minute. Puis tu plonges les deux mains en même temps dans l'eau tiède.

Résultat : la main gauche (qui sortait du froid) trouve l'eau tiède chaude, tandis que la main droite (qui sortait du chaud) trouve la même eau tiède froide ! Pourtant l'eau tiède a une seule température, la même pour les deux mains. Le toucher ne donne donc qu'une impression relative, jamais une valeur fiable.

Attention

La main ne peut pas mesurer une température, elle peut seulement comparer deux sensations, et encore, de façon trompeuse. Pour connaître une température exacte, il faut toujours un thermomètre.

1.2 Chaud, froid : une affaire d'agitation

Toute matière — l'air, l'eau, le métal, ton propre corps — est constituée de particules minuscules, invisibles à l'œil nu, qui sont toujours en mouvement. Ce mouvement incessant s'appelle l'agitation thermique. Plus un corps est chaud, plus ses particules s'agitent vite ; plus il est froid, plus elles s'agitent lentement. La température est donc, au fond, une mesure de cette agitation invisible. Tu retrouveras cette idée au paragraphe 3, pour comprendre pourquoi un liquide se dilate quand on le chauffe.

Exemple — deux eaux qui se ressemblent

Une casserole d'eau vient de bouillir sur le feu ; une bouteille d'eau attend depuis une heure dans un réfrigérateur. Les deux liquides sont limpides, incolores, identiques à l'œil. Impossible de deviner laquelle est la plus chaude sans les toucher — et dangereux d'essayer avec la casserole ! Seul un thermomètre plongé dans chacune donnera, en toute sécurité, deux nombres différents et fiables : par exemple $98\ °\text{C}$ et $6\ °\text{C}$ .

2Thermomètre et unités (°C, K)

Le thermomètre remplace la main : c'est un instrument qui donne toujours le même nombre pour la même température, quel que soit celui qui l'utilise. Pour cela, il faut une échelle graduée commune à tout le monde.

2.1 L'échelle Celsius

Définition

Le degré Celsius, de symbole °C, est l'unité de température la plus utilisée dans la vie courante. Son échelle repose sur deux repères fixes, mesurés sous la pression atmosphérique normale (au niveau de la mer) :

$0\ °\text{C}$ : température de la glace fondante (mélange eau + glace en équilibre) ;
$100\ °\text{C}$ : température de l'eau bouillante.

L'intervalle entre ces deux repères est partagé en $100$ parts égales : chaque part vaut $1\ °\text{C}$ .

Situation	Température repère
Congélateur	$-18\ °\text{C}$ environ
Glace fondante	$0\ °\text{C}$
Nuit fraîche d'harmattan (Abéché)	$15$ à $18\ °\text{C}$ environ
Température ambiante confortable	$20$ à $25\ °\text{C}$
Corps humain au repos	$37\ °\text{C}$
Après-midi chaude à Ndjamena	$40\ °\text{C}$ environ
Eau bouillante	$100\ °\text{C}$

Figure 1 — Un thermomètre à liquide : le réservoir contient le liquide, qui monte dans le tube capillaire au fur et à mesure qu'il se dilate. Ici, le niveau atteint la graduation

24\ °\text{C}

Physique & Co — La naissance du thermomètre

En $1592$ , Galilée, à Padoue, construit un « thermoscope » : un tube plongé dans l'eau, dont le niveau varie avec la chaleur de l'air. L'appareil réagit bien, mais il n'a aucune graduation fixe : impossible de comparer deux mesures faites des jours différents.

Il faut attendre $1714$ pour que le physicien allemand Daniel Gabriel Fahrenheit mette au point le premier thermomètre à mercure vraiment fiable, scellé et gradué. Puis en $1742$ , l'astronome suédois Anders Celsius propose, à l'université d'Uppsala, une échelle à $100$ degrés entre la glace fondante et l'eau bouillante — mais dans le sens inverse du nôtre : $0°$ pour l'eau bouillante et $100°$ pour la glace ! C'est seulement après sa mort, vers $1744$ , que l'échelle fut retournée dans le sens que nous utilisons aujourd'hui.

2.2 Le kelvin, l'échelle absolue

Définition

Le kelvin, de symbole K (sans le mot « degré », et sans le symbole °), est l'unité internationale de température utilisée en sciences. Son zéro, appelé zéro absolu, correspond à $-273\ °\text{C}$ : c'est la température la plus basse possible, où l'agitation des particules est quasiment nulle. On ne peut pas descendre en dessous.

Propriété — conversion °C ⇄ K

Un écart de $1\ °\text{C}$ correspond exactement à un écart de $1$ K : seul le point zéro change. On retient (valeur arrondie, utile en 5ème) :

$T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273 \qquad\text{et}\qquad T(°\text{C}) = T(\text{K}) - 273$

Méthode — convertir entre °C et K

Pour passer des °C aux K, on ajoute $273$ . Pour passer des K aux °C, on soustrait $273$ . Un moyen simple de ne pas se tromper de sens : le kelvin est toujours plus grand que le degré Celsius correspondant, car son zéro est plus bas.

Exemple — deux conversions

température du corps : $37\ °\text{C}$
$\Rightarrow$ $T(\text{K}) = 37 + 273 = 310$ K

température mesurée en laboratoire : $295$ K
$\Rightarrow$ $T(°\text{C}) = 295 - 273 = 22\ °\text{C}$

Attention

On n'écrit jamais « °K » : l'unité s'écrit simplement K (« $310$ kelvins », pas « $310°\text{K}$ »). Et on ne confond pas les deux échelles : $37\ °\text{C}$ et $37$ K sont des températures totalement différentes ( $37$ K, c'est $-236\ °\text{C}$ , un froid glacial impossible à vivre !).

Physique & Co — Lord Kelvin et le zéro absolu

En $1848$ , le physicien britannique William Thomson, plus tard anobli sous le nom de Lord Kelvin, propose une échelle de température « absolue », qui ne dépend d'aucune substance particulière (ni eau, ni mercure). Son zéro correspond au point où l'agitation thermique des particules serait minimale : environ $-273\ °\text{C}$ . En son honneur, l'unité internationale de température porte aujourd'hui son nom.

3Dilatation et principe du thermomètre

Pourquoi le liquide d'un thermomètre monte-t-il quand il fait chaud ? La réponse tient en un seul mot : la dilatation.

3.1 La dilatation thermique

Définition

La dilatation thermique est l'augmentation de volume d'un corps lorsque sa température augmente. Le phénomène inverse, quand la température diminue, s'appelle la contraction. Les liquides se dilatent beaucoup plus que les solides pour un même échauffement : c'est pour cela qu'on les utilise dans les thermomètres.

Démonstration — pourquoi le liquide monte

Rappelle-toi le paragraphe 1.2 : un liquide est fait de particules en mouvement permanent. Quand on chauffe le réservoir du thermomètre :

la température augmente
$\Rightarrow$ les particules du liquide s'agitent plus vite
$\Rightarrow$ elles s'écartent davantage les unes des autres
$\Rightarrow$ le volume du liquide augmente : il se dilate

Le réservoir est en verre rigide et déjà rempli de liquide : le surplus de volume n'a qu'une seule issue, le tube capillaire, si fin que la moindre variation de volume s'y voit distinctement. Le niveau monte. En refroidissant, c'est l'inverse : le liquide se contracte et le niveau redescend.

3.2 L'étalonnage du thermomètre

Propriété

Un thermomètre à liquide est étalonné une fois pour toutes : on plonge son réservoir dans de la glace fondante et on marque $0\ °\text{C}$ au niveau atteint par le liquide ; on le plonge ensuite dans l'eau bouillante et on marque $100\ °\text{C}$ . L'intervalle entre les deux repères est ensuite partagé en $100$ graduations égales.

Attention

Le mercure, longtemps utilisé dans les thermomètres, est un métal liquide toxique pour l'être humain et pour l'environnement. Sa vente dans les thermomètres est aujourd'hui interdite dans de nombreux pays. Il est remplacé par des liquides colorés sans danger (alcool teinté en rouge, par exemple) ou par des capteurs électroniques. Un thermomètre à mercure cassé ne doit jamais être touché ni jeté avec les ordures ménagères.

3.3 Les différents thermomètres

Selon l'usage, on choisit un thermomètre adapté : un thermomètre à liquide classique pour la cuisine ou le jardin ; un thermomètre médical pour la fièvre, à liquide ou électronique ; un thermomètre électronique pour une lecture rapide et un stockage automatique des mesures.

Figure 2 — Thermomètre médical à liquide (l'étranglement bloque le liquide en haut : il faut secouer pour le faire redescendre) et thermomètre électronique (capteur, affichage direct).

Physique & Co — Le thermomètre médical moderne

Jusqu'au milieu du $19^{\text{e}}$ siècle, prendre une température demandait un thermomètre encombrant et une attente de près de $20$ minutes. En $1866$ - $1867$ , le médecin britannique Thomas Clifford Allbutt met au point un thermomètre médical court, portable, avec un tube très fin : le temps de mesure tombe à environ $5$ minutes. Cette invention a rendu la prise de température rapide et courante, comme aujourd'hui chez le médecin ou à la pharmacie.

4Protocole de mesure

Un excellent thermomètre mal utilisé donne une mauvaise mesure. Voici les règles à respecter à chaque fois.

4.1 Les règles d'une bonne mesure

Méthode — mesurer correctement une température

Immersion complète : le réservoir doit être entièrement plongé dans le milieu à mesurer (liquide, air, corps), sans toucher les parois du récipient.
Ne pas toucher le réservoir avec les doigts : la chaleur de la main fausserait la mesure.
Attendre la stabilisation : le niveau du liquide (ou l'affichage numérique) doit cesser de bouger avant de lire la valeur.
Lire à hauteur des yeux, bien en face de la graduation, pour éviter l'erreur de parallaxe (voir 4.2).

Exemple — la fièvre d'un enfant

Pour prendre la température d'un enfant avec un thermomètre médical électronique, on place le capteur sous la langue (ou dans l'aisselle, bien serré contre la peau), on attend le bip sonore qui signale la stabilisation, puis on lit l'écran : par exemple $38{,}6\ °\text{C}$ , une fièvre.

Exemple — la température de l'air à Ndjamena

Pour mesurer la température de l'air, un thermomètre extérieur doit être placé à l'ombre, à environ $1{,}5$ m du sol, loin d'un mur qui a emmagasiné la chaleur du soleil. Posé en plein soleil, il ne mesure plus la température de l'air, mais l'échauffement de son propre boîtier par les rayons du soleil : la valeur lue serait bien trop élevée.

4.2 Éviter l'erreur de parallaxe

Quand on regarde une graduation de travers — d'en haut ou d'en bas — l'alignement entre l'œil, le niveau du liquide et le trait gradué se déplace, et l'on croit lire une valeur qui n'est pas la bonne. C'est l'erreur de parallaxe.

Figure 3 — Le niveau réel du liquide est le même dans les trois cas (ligne pointillée) : seule la position de l'œil change. Il faut regarder bien en face, à la même hauteur que le liquide.

Attention

Trois erreurs très fréquentes : toucher le réservoir avec les doigts (la mesure capte la chaleur de la main) ; lire trop tôt, avant que le niveau ne se soit stabilisé ; lire de travers (erreur de parallaxe). Une seule de ces erreurs suffit à fausser complètement le résultat.

5Températures remarquables

Terminons par les nombres à connaître par cœur, et par une compétence essentielle : lire un graphique de température.

5.1 L'amplitude thermique

Définition

L'amplitude thermique d'une journée est l'écart entre la température la plus haute ( $T_{\max}$ ) et la température la plus basse ( $T_{\min}$ ) relevées au cours de cette journée.

$\Delta T = T_{\max} - T_{\min}$

Exemple — amplitude d'une journée

$T_{\max} = 40\ °\text{C}$ et $T_{\min} = 24\ °\text{C}$
$\Rightarrow$ $\Delta T = 40 - 24 = 16\ °\text{C}$

Une grande amplitude thermique, comme au Sahel en saison sèche (nuits fraîches, journées brûlantes), signale un climat sec : sans humidité ni nuages pour freiner le réchauffement du jour et le refroidissement de la nuit, l'écart se creuse.

5.2 Lire un graphique de température

Méthode — lire une courbe de température

L'axe horizontal donne le temps (heures) ; l'axe vertical donne la température.
Le point le plus haut de la courbe donne $T_{\max}$ et l'heure à laquelle elle est atteinte.
Le point le plus bas donne $T_{\min}$ et son heure.
La pente de la courbe montre la rapidité du réchauffement ou du refroidissement : plus elle est raide, plus la température varie vite.

Figure 4 — Température de l'air à Ndjamena au cours d'une journée de saison chaude : minimum peu avant le lever du soleil, maximum en milieu d'après-midi, puis refroidissement progressif la nuit.

Exemple — lecture du graphique

Sur la Figure 4, la température passe de $24\ °\text{C}$ à $6$ h à $40\ °\text{C}$ à $15$ h : elle monte pendant $9$ heures. Puis elle redescend jusqu'au lendemain $6$ h, pendant $15$ heures : le refroidissement nocturne est plus lent que le réchauffement diurne, car le sol continue à restituer sa chaleur emmagasinée une partie de la nuit.

5.3 Le climat sahélien : harmattan et fortes chaleurs

Au Sahel (Tchad, Mali, Sénégal, nord du Cameroun…), la saison sèche apporte l'harmattan, un vent chargé de poussière venu du Sahara. Il assèche l'air, abaisse un peu les températures nocturnes et augmente l'amplitude thermique : les nuits peuvent devenir franchement fraîches ( $15$ à $18\ °\text{C}$ à Abéché en pleine nuit d'harmattan) alors que les après-midis restent très chaudes. À l'inverse, juste avant la saison des pluies, des villes comme Ndjamena ou Abéché connaissent parmi les températures diurnes les plus élevées de la planète, dépassant régulièrement $43$ à $45\ °\text{C}$ à l'ombre.

Repère	Valeur
Zéro absolu	$0$ K $= -273\ °\text{C}$
Glace fondante	$0\ °\text{C} = 273$ K
Corps humain	$37\ °\text{C} = 310$ K
Eau bouillante	$100\ °\text{C} = 373$ K
Nuit d'harmattan (Abéché)	$15$ à $18\ °\text{C}$
Après-midi chaude (Ndjamena)	$43$ à $45\ °\text{C}$

Fiche mémo

Température : grandeur mesurée avec un thermomètre — jamais avec la main, qui ne fait que comparer.
Échelle Celsius : $0\ °\text{C}$ = glace fondante, $100\ °\text{C}$ = eau bouillante, $37\ °\text{C}$ = corps humain.
Échelle Kelvin : zéro absolu à $-273\ °\text{C}$ ; $T(\text{K}) = T(°\text{C}) + 273$ .
Dilatation : un liquide chauffé voit son volume augmenter, il monte dans le tube capillaire du thermomètre.
Étalonnage : repères $0\ °\text{C}$ et $100\ °\text{C}$ marqués, puis $100$ graduations égales entre les deux.
Le mercure est toxique et interdit : on utilise de l'alcool coloré ou un capteur électronique.
Protocole : immersion complète du réservoir, ne jamais toucher le réservoir, attendre la stabilisation.
Lecture : toujours à hauteur des yeux, bien en face, pour éviter l'erreur de parallaxe.
Thermomètre extérieur : toujours à l'ombre, jamais en plein soleil.
Amplitude thermique : $\Delta T = T_{\max} - T_{\min}$ .
Sur un graphique : axe horizontal = temps, axe vertical = température ; sommet = $T_{\max}$ , creux = $T_{\min}$ .
Harmattan : vent sec du Sahara, nuits fraîches et fort écart jour/nuit en saison sèche au Sahel.

6Exercices corrigés

Niveau 1 — Application directe

Convertis en kelvins : $20\ °\text{C}$ ; $37\ °\text{C}$ ; $-5\ °\text{C}$ . Puis convertis en degrés Celsius : $300$ K ; $273$ K ; $250$ K.

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$20 + 273 = 293$ K
$37 + 273 = 310$ K
$-5 + 273 = 268$ K

$300 - 273 = 27\ °\text{C}$
$273 - 273 = 0\ °\text{C}$
$250 - 273 = -23\ °\text{C}$

Associe chaque situation à la température la plus probable, parmi $-18\ °\text{C}$ , $0\ °\text{C}$ , $16\ °\text{C}$ , $37\ °\text{C}$ , $44\ °\text{C}$ , $100\ °\text{C}$ : (a) un congélateur ; (b) de la glace en train de fondre ; (c) une nuit d'harmattan à Abéché ; (d) le corps humain au repos ; (e) une après-midi chaude à Ndjamena ; (f) de l'eau qui bout.

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(a) congélateur $\rightarrow -18\ °\text{C}$ — (b) glace fondante $\rightarrow 0\ °\text{C}$ — (c) nuit d'harmattan $\rightarrow 16\ °\text{C}$ — (d) corps humain $\rightarrow 37\ °\text{C}$ — (e) après-midi à Ndjamena $\rightarrow 44\ °\text{C}$ — (f) eau bouillante $\rightarrow 100\ °\text{C}$ .

Un thermomètre est gradué de $2$ en $2\ °\text{C}$ . Le liquide s'arrête exactement à mi-chemin entre les traits $26\ °\text{C}$ et $28\ °\text{C}$ . Quelle température est lue ?

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écart entre les deux traits : $28 - 26 = 2\ °\text{C}$
mi-chemin $\Rightarrow$ la moitié de cet écart : $2 \div 2 = 1\ °\text{C}$
$\Rightarrow$ $26 + 1 = 27\ °\text{C}$

Vrai ou faux, en justifiant : (a) un liquide chauffé voit son volume diminuer ; (b) le mercure est toujours utilisé dans les thermomètres actuels ; (c) le tube capillaire est très fin pour rendre visible une petite variation de volume ; (d) le zéro absolu vaut $-273\ °\text{C}$ .

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(a) Faux : un liquide chauffé se dilate, son volume augmente. (b) Faux : le mercure est toxique, il est aujourd'hui interdit et remplacé par un liquide coloré ou un capteur électronique. (c) Vrai : un tube fin rend une petite variation de volume visible sur une grande longueur. (d) Vrai : c'est la température la plus basse possible, où l'agitation des particules est minimale.

À Bamako, un jour donné, $T_{\max} = 35\ °\text{C}$ et $T_{\min} = 19\ °\text{C}$ . Calcule l'amplitude thermique de cette journée.

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$\Delta T = T_{\max} - T_{\min}$
$=$ $35 - 19$
$=$ $16\ °\text{C}$

Niveau 2 — Approfondissement

Fatou plonge un thermomètre dans une casserole en le laissant toucher le fond métallique, le retire au bout de deux secondes en le tenant par le réservoir avec le pouce, puis lit la valeur en regardant l'échelle d'en dessous. Relève les erreurs de protocole et propose, pour chacune, le bon geste.

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Erreur 1 : le réservoir touche le fond de la casserole, il mesure alors la température du métal, pas celle du liquide — il faut le maintenir au centre, sans contact avec les parois. Erreur 2 : deux secondes ne suffisent pas à la stabilisation — il faut attendre que le niveau cesse de bouger. Erreur 3 : tenir le réservoir avec le pouce le réchauffe et fausse la mesure — il faut le tenir par la partie haute, loin du réservoir. Erreur 4 : lire d'en dessous provoque une erreur de parallaxe — il faut lire à hauteur des yeux, bien en face.

Un élève relève la température de sa classe à $4$ moments : $24\ °\text{C}$ , $27\ °\text{C}$ , $29\ °\text{C}$ , $28\ °\text{C}$ . Calcule la température moyenne de la journée, puis convertis-la en kelvins.

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somme $= 24 + 27 + 29 + 28 = 108$
moyenne $= 108 \div 4$
$=$ $27\ °\text{C}$
en kelvins : $27 + 273$
$=$ $300$ K

En t'appuyant sur la Figure 4 (température à Ndjamena) : (a) entre quelles heures la température dépasse-t-elle $35\ °\text{C}$ ? (b) quelle est l'amplitude thermique de la journée ? (c) le réchauffement du matin et le refroidissement du soir sont-ils aussi rapides l'un que l'autre ?

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(a) La courbe dépasse $35\ °\text{C}$ entre environ $11$ h et $19$ h. (b) $\Delta T = 40 - 24 = 16\ °\text{C}$ . (c) Non : la montée de $24\ °\text{C}$ à $40\ °\text{C}$ prend $9$ heures (de $6$ h à $15$ h), alors que la descente vers $24\ °\text{C}$ prend $15$ heures (de $15$ h à $6$ h le lendemain) : le réchauffement diurne est donc plus rapide que le refroidissement nocturne.

La température d'un four passe de $180\ °\text{C}$ à $192\ °\text{C}$ . Calcule cet écart en degrés Celsius, puis en kelvins. Que remarques-tu ?

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écart en °C $= 192 - 180 = 12\ °\text{C}$
en kelvins : $T_1 = 180 + 273 = 453$ K et $T_2 = 192 + 273 = 465$ K
écart en K $= 465 - 453 = 12$ K

Un écart de température vaut le même nombre en °C et en K : seul le point zéro diffère entre les deux échelles, pas la « taille » du degré.

Niveau 3 — Défi

Un thermomètre médical à liquide continue d'afficher $38{,}4\ °\text{C}$ plusieurs minutes après avoir été retiré de sous la langue d'un patient, alors que ce dernier a en réalité une température qui redescend.

Explique le rôle de l'étranglement du tube capillaire dans ce phénomène.
Pourquoi faut-il secouer ce thermomètre avant de le réutiliser ?
Un thermomètre électronique connaît-il ce problème ? Justifie.

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1. Le tube capillaire présente un léger rétrécissement (étranglement) juste au-dessus du réservoir. Quand le liquide se dilate en chauffant, il franchit facilement ce passage étroit. Mais quand la température redescend, le liquide du réservoir se contracte et se sépare de la colonne restée au-dessus de l'étranglement, qui ne peut pas redescendre toute seule : l'affichage reste bloqué sur la valeur maximale atteinte.

2. Secouer le thermomètre applique une force qui repousse le liquide bloqué à travers l'étranglement, le faisant redescendre dans le réservoir : la lecture repart de zéro pour une nouvelle mesure fiable.

3. Non : un thermomètre électronique n'a ni tube ni liquide, donc pas d'étranglement. Sa mémoire d'affichage (qui garde la dernière valeur à l'écran) est électronique, remise à zéro par un simple bouton, sans avoir besoin d'être secoué.

On compare un thermomètre à un appareil de référence. Plongé dans la glace fondante, il indique $2\ °\text{C}$ au lieu de $0\ °\text{C}$ . Plongé dans l'eau bouillante, il indique $102\ °\text{C}$ au lieu de $100\ °\text{C}$ .

Quelle est l'erreur de ce thermomètre ?
Il affiche $26\ °\text{C}$ dans une salle de classe. Quelle est la température réelle ?
Propose une méthode pour vérifier régulièrement un thermomètre à liquide.

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1. Dans les deux cas, l'écart entre la valeur affichée et la valeur réelle est le même :

$2 - 0 = 2\ °\text{C}$
$102 - 100 = 2\ °\text{C}$

Ce thermomètre affiche systématiquement $2\ °\text{C}$ de trop : c'est une erreur d'étalonnage constante.

2. Puisqu'il affiche toujours $2\ °\text{C}$ de trop :

température réelle $= 26 - 2$
$=$ $24\ °\text{C}$

3. On peut régulièrement replonger le thermomètre dans de la glace fondante (repère $0\ °\text{C}$ ) : s'il n'affiche pas $0\ °\text{C}$ , on connaît son décalage et on peut corriger chaque lecture, ou changer d'appareil.

Explique avec tes mots, en utilisant la notion d'agitation thermique, pourquoi il est impossible de descendre en dessous de $-273\ °\text{C}$ . Donne aussi la valeur du zéro absolu en kelvins.

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La température traduit l'agitation des particules qui composent la matière : plus elles s'agitent, plus la température est élevée. Refroidir un corps, c'est ralentir cette agitation. Le zéro absolu, à $-273\ °\text{C}$ , correspond au point où l'agitation des particules est minimale : on ne peut pas l'arrêter davantage, il n'existe donc rien de plus froid. C'est pour cela que cette température sert de zéro à l'échelle Kelvin :

zéro absolu $= -273 + 273$
$=$ $0$ K

Niveau 4 — Problèmes de vie courante

Pharmacie à Dakar. Une pharmacie vend le thermomètre électronique $4\,500$ F CFA et le thermomètre à liquide $1\,800$ F CFA. Une école achète $3$ thermomètres électroniques pour son infirmerie ; la pharmacie applique une réduction de $15\,\%$ sur cette commande.

Calcule le prix des $3$ thermomètres avant réduction.
Calcule le montant de la réduction, puis le prix final payé par l'école.

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prix avant réduction $= 3 \times 4\,500$
$=$ $13\,500$ F CFA

réduction $= 13\,500 \times \dfrac{15}{100}$
$=$ $2\,025$ F CFA
prix final $= 13\,500 - 2\,025$
$=$ $11\,475$ F CFA

Chaîne du froid à Abidjan. Des vaccins doivent rester entre $2\ °\text{C}$ et $8\ °\text{C}$ pendant le transport. Un livreur relève la température de la glacière toutes les heures : $4\ °\text{C}$ , $5\ °\text{C}$ , $7\ °\text{C}$ , $9\ °\text{C}$ , $6\ °\text{C}$ , $5\ °\text{C}$ .

La chaîne du froid a-t-elle été respectée sur tout le trajet ? Justifie.
Calcule l'amplitude thermique observée pendant ce trajet.
Une glacière isotherme coûte $18\,000$ F CFA et un jeu de $4$ accumulateurs de froid coûte $2\,500$ F CFA l'unité. Calcule le budget total du matériel.

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1. À la $4^{\text{e}}$ heure, la température relevée est $9\ °\text{C}$ , qui dépasse la limite haute de $8\ °\text{C}$ : la chaîne du froid n'a pas été respectée à ce moment-là ; les vaccins concernés doivent être écartés par prudence.

$T_{\max} = 9\ °\text{C}$ et $T_{\min} = 4\ °\text{C}$
$\Delta T = 9 - 4$
$=$ $5\ °\text{C}$

coût des accumulateurs $= 4 \times 2\,500 = 10\,000$ F CFA
budget total $= 18\,000 + 10\,000$
$=$ $28\,000$ F CFA

Un agriculteur à Bamako note chaque jour la température de son champ de mil pendant $5$ jours : $T_{\max}$ : $34$ , $36$ , $35$ , $37$ , $33\ °\text{C}$ ; $T_{\min}$ : $21$ , $20$ , $22$ , $23$ , $19\ °\text{C}$ .

Calcule la moyenne des $T_{\max}$ et la moyenne des $T_{\min}$ de la semaine.
Calcule l'amplitude thermique moyenne.
Un simple thermomètre coûte $2\,000$ F CFA, une petite station météo (mesure automatique) coûte $27\,000$ F CFA. Quelle est la différence de prix entre les deux ?

Voir le corrigé détaillé

moyenne $T_{\max} = (34+36+35+37+33) \div 5 = 175 \div 5$
$=$ $35\ °\text{C}$
moyenne $T_{\min} = (21+20+22+23+19) \div 5 = 105 \div 5$
$=$ $21\ °\text{C}$

$\Delta T = 35 - 21$
$=$ $14\ °\text{C}$

différence $= 27\,000 - 2\,000$
$=$ $25\,000$ F CFA

Vendeuse d'eau fraîche à Ndjamena. Aïcha vend le sachet d'eau $150$ F CFA s'il est frais (température $\leqslant 10\ °\text{C}$ ), sinon $100$ F CFA. Son eau est à $28\ °\text{C}$ ; chaque glaçon ajouté fait baisser la température de $1{,}5\ °\text{C}$ .

Combien de glaçons minimum faut-il pour atteindre $10\ °\text{C}$ ?
Elle vend $80$ sachets ce jour-là, tous refroidis à temps. Calcule sa recette.
Quelle recette aurait-elle eue si elle avait vendu ces $80$ sachets sans les refroidir ? Conclus.

Voir le corrigé détaillé

baisse nécessaire $= 28 - 10 = 18\ °\text{C}$
nombre de glaçons $= 18 \div 1{,}5$
$=$ $12$ glaçons

recette $= 80 \times 150$
$=$ $12\,000$ F CFA

recette sans glaçons $= 80 \times 100 = 8\,000$ F CFA
gain grâce au refroidissement $= 12\,000 - 8\,000$
$=$ $4\,000$ F CFA

Refroidir l'eau avec des glaçons lui a permis de gagner $4\,000$ F CFA de plus ce jour-là : contrôler la température, c'est aussi une question économique.

📝 QCM de fin de leçon — 20 questions

Coche une réponse par question, puis clique sur « Vérifier mes réponses » : tu obtiens ta note sur 20 avec la correction détaillée de chaque question.

Qu'est-ce que la température ?

une impression que donne la main la couleur d'un liquide une grandeur précise, mesurée avec un thermomètre la vitesse du vent

Explication : La température se mesure avec un thermomètre : elle donne un nombre précis, pas une simple impression.

Pourquoi ne peut-on pas faire confiance au toucher pour connaître une température ?

la main est toujours froide le toucher ne donne qu'une impression relative, qui dépend de l'état de départ de la main la main ne touche jamais les liquides le toucher donne toujours le bon nombre

Explication : L'expérience des trois bassines le montre : une même eau tiède paraît chaude à une main qui sortait du froid, et froide à une main qui sortait du chaud.

Plus un corps est chaud, plus ses particules :

s'agitent vite s'agitent lentement disparaissent deviennent immobiles

Explication : La température traduit l'agitation thermique des particules : plus un corps est chaud, plus ses particules s'agitent vite.

Dans l'échelle Celsius, à quelle température la glace fond-elle ?

100\ °\text{C}

37\ °\text{C}

0\ °\text{C}

-18\ °\text{C}

Explication :

0\ °\text{C}

est le repère fixe de la glace fondante, l'un des deux repères de l'échelle Celsius.

À quelle température l'eau bout-elle, à l'échelle Celsius ?

0\ °\text{C}

37\ °\text{C}

50\ °\text{C}

100\ °\text{C}

Explication : L'eau bouillante est le second repère fixe de l'échelle Celsius :

100\ °\text{C}

Quelle est la température normale du corps humain au repos ?

28\ °\text{C}

37\ °\text{C}

45\ °\text{C}

60\ °\text{C}

Explication : Le corps humain au repos est à

37\ °\text{C}

environ, un repère à connaître par cœur.

Le zéro absolu, en degrés Celsius, vaut environ :

-273\ °\text{C}

0\ °\text{C}

-100\ °\text{C}

273\ °\text{C}

Explication : Le zéro absolu, température la plus basse possible, correspond à

-273\ °\text{C}

: c'est le zéro de l'échelle Kelvin.

Convertis $20\ °\text{C}$ en kelvins.

20

253

293

273

Explication : On ajoute

273

20 + 273 = 293

Une plaque affiche $310$ K. Quelle est cette température en degrés Celsius ?

583\ °\text{C}

37\ °\text{C}

310\ °\text{C}

-37\ °\text{C}

Explication : On soustrait

273

310 - 273 = 37\ °\text{C}

Pourquoi le liquide d'un thermomètre monte-t-il dans le tube quand on le chauffe ?

il se transforme en gaz le tube se rétrécit le verre absorbe le liquide le liquide se dilate : son volume augmente

Explication : Chauffé, le liquide se dilate : ses particules s'agitent plus vite et s'écartent, son volume augmente et il monte dans le tube capillaire.

Comment appelle-t-on le phénomène inverse de la dilatation, quand la température baisse ?

la contraction l'évaporation la solidification la fusion

Explication : Quand la température diminue, le liquide se contracte : son volume diminue et le niveau redescend.

Pourquoi le tube d'un thermomètre à liquide est-il très fin (capillaire) ?

pour économiser du verre pour que le liquide ne bouge pas pour rendre visible une petite variation de volume pour qu'il soit plus solide

Explication : Dans un tube très fin, la moindre variation de volume du liquide déplace le niveau de façon nette et visible.

Pour étalonner un thermomètre à liquide, on marque $0\ °\text{C}$ dans la glace fondante et $100\ °\text{C}$ dans l'eau bouillante. Que fait-on ensuite ?

on efface tous les traits on partage l'intervalle entre les deux repères en 100 graduations égales on ne place qu'une seule graduation on remplace le liquide par du mercure

Explication : L'intervalle entre les deux repères fixes est partagé en

100

parts égales : chaque part vaut

1\ °\text{C}

Pourquoi le mercure n'est-il plus utilisé dans les thermomètres modernes ?

il est trop cher il ne se dilate pas il est transparent c'est un métal liquide toxique

Explication : Le mercure est toxique pour l'être humain et l'environnement : il est remplacé par de l'alcool coloré ou par un capteur électronique.

Pour bien mesurer une température, il faut :

plonger complètement le réservoir, sans le toucher, et attendre la stabilisation toucher le réservoir avec les doigts pour vérifier lire la valeur tout de suite, sans attendre regarder la graduation d'en dessous

Explication : Le réservoir doit être entièrement immergé, jamais touché avec les doigts, et il faut attendre que le niveau se stabilise avant de lire.

Qu'est-ce que l'erreur de parallaxe ?

une erreur de calcul un thermomètre cassé une lecture faussée car on regarde la graduation de travers, pas à hauteur des yeux une erreur due au mercure

Explication : Si l'œil n'est pas à la hauteur du niveau du liquide, l'alignement se déplace et on lit une valeur fausse : c'est l'erreur de parallaxe.

Un thermomètre extérieur pour mesurer la température de l'air doit être placé :

en plein soleil, contre un mur à l'ombre, loin d'un mur chaud dans l'eau bouillante n'importe où, cela n'a pas d'importance

Explication : En plein soleil, le boîtier s'échauffe et fausse la mesure : il faut le placer à l'ombre, loin d'un mur qui a emmagasiné la chaleur.

L'amplitude thermique d'une journée se calcule ainsi :

\Delta T = T_{\max} + T_{\min}

\Delta T = T_{\max} \times T_{\min}

\Delta T = T_{\min} - T_{\max}

\Delta T = T_{\max} - T_{\min}

Explication : L'amplitude thermique est l'écart entre la température la plus haute et la plus basse de la journée :

\Delta T = T_{\max} - T_{\min}

Un jour, $T_{\max} = 40\ °\text{C}$ et $T_{\min} = 24\ °\text{C}$ . Quelle est l'amplitude thermique ?

16\ °\text{C}

64\ °\text{C}

24\ °\text{C}

40\ °\text{C}

Explication :

\Delta T = 40 - 24

\Delta T = 16\ °\text{C}

Un thermomètre est gradué de $2$ en $2\ °\text{C}$ . Le liquide s'arrête exactement à mi-chemin entre les traits $30\ °\text{C}$ et $32\ °\text{C}$ . Quelle température lit-on ?

30\ °\text{C}

32\ °\text{C}

31\ °\text{C}

33\ °\text{C}

Explication : L'écart entre les deux traits est de

2\ °\text{C}

.
La moitié de cet écart vaut

1\ °\text{C}

30 + 1 = 31\ °\text{C}

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En bref

Classe : Classe de Cinquième
Matière : Physique
Durée estimée : 4 h
6 parties · 3 objectifs
Supports inclus : fiche, exercices corrigés, QCM

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