--- title: "Température et thermomètres" book: "Physique du primaire et du collège" subject: physics language: fr chapter: 15 exercises: 11 source: https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/15-temperature-et-thermometres --- # Chapitre 15 — Température et thermomètres Il y a deux hivers, trois bols d’eau ont trompé tes deux mains : la même eau paraissait chaude à l’une et fraîche à l’autre. Nous promettions alors qu’un instrument trancherait un jour ce genre de dispute. Le voici — le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature), le petit juge de verre qui transforme le chaud et le froid en un nombre. ## 15.1 Pourquoi le toucher ne suffit pas **Exemple 15.1 (Des juges partiaux).** Le toucher juge mal en toute saison : le toboggan en métal paraît plus froid que le banc en bois placé à la même [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) ; l’eau tiède paraît chaude à une main froide et fraîche à une main chaude ; et au retour de la luge, le couloir glacial paraît douillet. Pour comparer honnêtement le chaud et le froid — d’une pièce à l’autre, d’un jour à l’autre, d’une personne à l’autre — il nous faut un juge qui ne change jamais d’avis : un instrument. ## 15.2 Le thermomètre et ses degrés **Définition 15.2 (Température).** La *température* d’un objet est le nombre qui dit exactement à quel point il est chaud ou froid. Nombre plus grand, objet plus chaud ; nombre plus petit, objet plus froid. La température se mesure en *degrés Celsius*, notés ${}^{\circ}\mathrm{C}$, avec un *thermomètre*. **Proposition 15.3 (Les deux repères de l’eau).** L’échelle Celsius est accrochée aux deux grands changements d’état de l’eau : 1. à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , l’eau [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) et devient de la glace (et la glace fond) ; 2. à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , l’eau bout et devient de la vapeur. Entre les deux repères, l’échelle est découpée en $100$ degrés égaux — un escalier de petites marches, de la glace à la vapeur. ![Un thermomètre : le liquide rouge monte quand on le réchauffe. Ici, il s’arrête au trait 25 — la température est de 25\, C.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-temperature-thermometers/fig-a397203117c6.svg) *Un [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) : le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) rouge monte quand on le réchauffe. Ici, il s’arrête au trait $25$ — la [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) est de $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$.* **Exemple 15.4 (Comment travaille le juge de verre).** Dans le tube fin du [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) est enfermé un [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) coloré. La chaleur fait gonfler ce [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) d’un tout petit peu — et, dans un tube aussi fin, un petit gonflement pousse visiblement la colonne vers le haut. Le froid la fait redescendre. Le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) ne se laisse pas tromper comme une main : il gonfle de la même façon pour la même chaleur, aujourd’hui, demain, pour tout le monde. ![Un vrai thermomètre sur son mur : la colonne rouge grimpe le long de l’échelle, et tous ceux qui lisent le trait obtiennent le même nombre.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-temperature-thermometers/img-f6d55e0aa128.jpg) *Un vrai [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) sur son mur : la colonne rouge grimpe le long de l’échelle, et tous ceux qui lisent le trait obtiennent le même nombre.* ## 15.3 Lire un thermomètre **Méthode 15.5 (Lire un thermomètre).** 1. Placer le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) là où l’on veut la [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) — dans l’eau, à l’ [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow) dehors, sous la langue ; 2. *attendre* — le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) a besoin de temps pour finir de monter ou de descendre ; le regarder jusqu’à ce qu’il s’arrête ; 3. mettre l’œil au niveau du sommet de la colonne ; 4. lire le nombre au trait atteint par la colonne, et l’écrire avec son [unité](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/7-mesurer-les-longueurs#def-g2-measuring-length-measure) : $18\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Lire trop tôt, ou de biais, donne un nombre faux — le juge est honnête, mais il faut l’interroger correctement. **Exemple 15.6 (Des températures à retenir).** Quelques nombres qui méritent d’être sus par cœur : une pièce agréable est à environ $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; ton corps se maintient à environ $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, été comme hiver (bien au-dessus, c’est de la fièvre — le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) du médecin le sait) ; le réfrigérateur tient environ $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; une journée d’été chaude atteint $30\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; l’eau du bain est agréable vers $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. ![Quatre températures familières : plus la colonne est haute, plus l’objet est chaud.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/physics-1/g3-temperature-thermometers/fig-8b55b6f57b4f.svg) *Quatre [températures](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) familières : plus la colonne est haute, plus l’objet est chaud.* ## 15.4 Au-dessous de zéro **Exemple 15.7 (Les nombres de l’hiver).** Un matin de gel, la colonne descend *au-dessous* du trait $0$. Les traits continuent là-dessous, et on les lit avec le mot « moins » : un trait sous zéro, c’est *moins un* degré, cinq traits sous zéro, c’est *moins cinq*, que l’on écrit $-5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Les nombres négatifs sont plus froids que zéro, et plus ils descendent, plus le gel est rude : un matin à $-10$ mord plus fort qu’un matin à $-2$. Le bulletin météo les annonce tous les soirs d’hiver. **Remarque 15.8 (Zéro ne veut pas dire « rien »).** Sur cette échelle, $0$ ne signifie pas « aucune [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) » — ce n’est que le trait où l’eau [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze), un repère comme un panneau au bord de la route. Le temps peut être plus chaud que ce repère ou plus froid ; le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) dit simplement de quel côté, et de combien de traits. (Les nombres au-dessous de zéro ont toute une arithmétique à eux — ton cours de mathématiques s’en occupera pour de bon dans une année plus avancée.) ## 15.5 Exercices **Exercice 15.1 ★.** Pourquoi un [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) juge-t-il le chaud et le froid plus honnêtement que ta main ? Cite une façon dont les mains ont été trompées dans des chapitres précédents. **Solution de Exercice 15.1.** Le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) donne le même nombre pour la même chaleur, qui que soit le lecteur et à n’importe quel moment. Les mains ont été trompées par les trois bols (la même eau tiède paraissait à la fois chaude et fraîche) et par le métal, qui paraît plus froid que le bois placé à la même [ombre](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/3-la-lumiere-et-les-ombres#def-g1-light-and-shadows-shadow). **Exercice 15.2 ★.** À quelle [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) l’eau gèle-t-elle ? À laquelle bout-elle ? Dans quelle [unité](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/7-mesurer-les-longueurs#def-g2-measuring-length-measure) sont ces deux nombres ? **Solution de Exercice 15.2.** L’eau [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze) à $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ et bout à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — les deux nombres sont en [degrés Celsius](#def-g3-temperature-thermometers-temperature). **Exercice 15.3 ★.** Qu’arrive-t-il au [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) du tube fin quand on réchauffe le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ? Quand on le refroidit ? Pourquoi un si petit changement se voit-il si nettement ? **Solution de Exercice 15.3.** Réchauffé, le [liquide](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/14-solides-liquides-gaz#def-g3-solids-liquids-gases-liquid) enfermé gonfle et la colonne monte ; refroidi, il se rétracte et la colonne descend. Le tube est si fin qu’un gonflement minuscule fait visiblement monter la colonne. **Exercice 15.4 ★.** Cite les deux erreurs contre lesquelles [Méthode 15.5](#met-g3-temperature-thermometers-read) met en garde au moment de lire un [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature). **Solution de Exercice 15.4.** Lire trop tôt (avant que la colonne ne se soit arrêtée), et lire de biais au lieu de mettre l’œil au niveau du sommet de la colonne. **Exercice 15.5 ★.** Associe chaque objet à sa [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) probable — $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : de l’eau qui bout ; un salon douillet ; l’intérieur du réfrigérateur ; ton propre corps. **Solution de Exercice 15.5.** De l’eau qui bout : $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Un salon douillet : $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Le réfrigérateur : $4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Ton corps : $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. **Exercice 15.6 ★.** Le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) de bain indique $35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; la casserole sur la cuisinière indique $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Laquelle est la plus chaude, et peut-on toucher la casserole sans danger ? De combien de degrés la casserole est-elle plus chaude que le bain ? **Solution de Exercice 15.6.** La casserole est plus chaude, de $100 - 35 = 65$ degrés — bien trop chaude pour être touchée : elle est à la [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) d’ébullition. **Exercice 15.7 ★.** Un [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) d’hiver montre la colonne $3$ traits sous zéro. Comment dit-on et comment écrit-on cette [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ? Fait-il plus froid ou plus chaud qu’à $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? **Solution de Exercice 15.7.** Moins trois [degrés Celsius](#def-g3-temperature-thermometers-temperature), que l’on écrit $-3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Il fait *plus chaud* qu’à $-8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : huit traits sous zéro, c’est s’enfoncer plus loin dans le gel que trois. **Exercice 15.8 ★.** Hier, le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) du jardin indiquait $6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ au petit-déjeuner et $14\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ au déjeuner. De combien de degrés la matinée s’est-elle réchauffée ? **Solution de Exercice 15.8.** $14 - 6 = 8$ : la matinée s’est réchauffée de $8$ degrés. **Exercice 15.9 ★.** Les flaques du trottoir se sont changées en glace pendant la nuit. Que peux-tu dire de la [température](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) de la nuit, sans aucun [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) ? Quel repère utilises-tu ? **Solution de Exercice 15.9.** La nuit est descendue au-dessous de $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ — le repère où l’eau [gèle](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/9-glace-eau-vapeur#def-g2-ice-water-steam-meltfreeze). Des flaques gelées sont un [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) fait de météo. **Exercice 15.10 ★★.** En rentrant tout droit de la luge, Emma se précipite dans le couloir et s’écrie : « On étouffe ici ! » Le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) du couloir indique $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Fait-il chaud dans le couloir ? Pourquoi Emma le ressent-elle ainsi — et quel juge la famille doit-elle croire ? **Solution de Exercice 15.10.** Non — $16\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ est du côté frais de l’agréable. La peau d’Emma compare le couloir au jardin glacé qu’elle vient de quitter : il lui paraît donc douillet. La famille doit croire le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) : il compare avec les repères fixes de son échelle, et non avec l’endroit d’où il vient. **Exercice 15.11 ★★.** Une cuisinière veut savoir si une soupe à gros bouillons devient plus chaude à mesure qu’elle bout. Elle mesure : après une minute d’ébullition, $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; après dix minutes, toujours $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Que lui apprend le [thermomètre](#def-g3-temperature-thermometers-temperature) sur l’eau qui bout — et sur les repères de l’eau ? **Solution de Exercice 15.11.** L’eau qui bout reste à $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, quelle que soit la [durée](https://one-course.com/books/physics/1/fr/chapter/8-mesurer-le-temps#def-g2-measuring-time-duration) de l’ébullition — le repère est un plafond : chauffer davantage fabrique plus de vapeur, pas de l’eau plus chaude. C’est justement pour cela que $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ a pu être choisi comme repère fiable.