Zéro absolu

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Le zéro absolu est la température la plus basse. Elle vaut par convention -273, 15°C ou 0 K (kelvin) . Mais aussi 0 °R (sur l'échelle Rankine) et –459.67 °F (sur l'échelle Fahrenheit). C'est la température minimale asymptotiquement. Elle est théorique et inaccessible, 450pK (0.45nK) est le record atteint en 2003 au laboratoire de recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT) par une équipe co-dirigée par le prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle. A 0K
Zéro absolu

Le zéro absolu est la température la plus basse. Elle vaut par convention -273, 15°C ou 0 K (kelvin) . Mais aussi 0 °R (sur l'échelle Rankine) et –459.67 °F (sur l'échelle Fahrenheit). C'est la température minimale asymptotiquement. Elle est théorique et inaccessible, 450pK (0.45nK) est le record atteint en 2003 au laboratoire de recherches du Massachusetts Institute of Technology (MIT) par une équipe co-dirigée par le prix Nobel de physique Wolfgang Ketterle. A 0K, une substance ne contient plus à l'échelle macroscopique l'énergie thermique (ou chaleur) nécessaire à l'occupation de plusieurs niveaux énergétiques microscopiques. Les particules qui la composent (atomes, molécules) sont toutes dans le même état d'énergie minimale (état fondamental). Cela se traduit par une entropie nulle due à l'indiscernabilité de ces particules dans ce même niveau d'énergie fondamentale et par une totale immobilité au sens classique. Mais en fait, on sait que selon la physique quantique, les particules possèdent toujours une quantité de mouvement non nulle d'après le principe d'incertitude (Heisenberg). En effet, en tendant vers le zéro absolu, les molécules d'un corps auraient leur quantité de mouvement de plus en plus précisément définie (proche de zéro), leurs positions auraient tendance à avoir une indétermination intrinsèque résiduelle. Mais comme elles tendent aussi vers l'arrêt, leurs positions tendraient aussi à être précisément définies. En fait, elles tendent vers un état d'énergie minimale, aux approches du zéro absolu, respectant ainsi le principe d'indétermination quantique. Pour faire la conversion °C vers kelvin, on fixe à T(K) = T(°C) + 273, 15.

Physique

On ne peut mesurer de température inférieure au zéro absolu ; 0 K est une limite infranchissable. Cette limite est définie dans le troisième principe de la thermodynamique, elle correspond à une entropie nulle. L'unité de mesure utilisée en physique est le kelvin (symbole K). Cette température absolue est théorique et ne peut donc être atteinte, de plus elle n'existe nulle part dans l'univers.

Histoire

L'état du zéro absolu a été proposé pour la première fois par Guillaume Amontons en 1702. Amontons travaille sur la relation entre température et pression dans les gaz bien qu'il n'ait pas à sa disposition de thermomètre précis. Bien que ses résultats soient quantitatifs, il établit que la pression d'une quantité donnée de gaz confinée dans un volume donné augmente d'à peu près un tiers lorsqu'il passe d'une température "froide" à celle de l'ébullition de l'eau. Son travail l'amène à supposer qu'une réduction suffisante de température entrainerait une absence de pression. En fait, bien que le zéro absolu puisse être défini de cette façon, tous les gaz se liquéfient avant d'atteindre 0 K. En 1848, William Thomson, Lord Kelvin, propose une échelle de température absolue dans laquelle une réduction de la température mesurée correspond à une réduction équivalente dans la chaleur du corps étudié. Ce concept, en se libérant des contraintes de la loi des gaz, établit un zéro absolu comme étant la température à laquelle plus aucune chaleur ne peut être tirée du corps.

Application

Les physiciens ont découvert que certaines substances développent des propriétés très intéressantes lorsqu'elles atteignent cette limite. Certains fluides, les isotopes stables de l'hélium, perdent toute viscosité (c'est la superfluidité). Et certains métaux ou alliages perdent leur résistance électrique (c'est la supraconductivité ). Les recherches pour s'approcher du zéro absolu sont donc nombreuses. En pratique, on atteint aujourd'hui facilement 0, 21 K en faisant évaporer de l'hélium. Une autre méthode - appelée la « désaimantation adiabatique de substances paramagnétiques » - permet d'obtenir des températures encore plus basses, jusqu'à 10-6 K. Enfin, le refroidissement de gaz atomiques bosoniques jusqu'à la condensation de Bose-Einstein permet d'atteindre des températures de l'ordre de 10-9 K. C'est cette technique de refroidissement d'atomes par laser qui a été utilisé par les chercheurs du MIT pour atteindre le record de 450pK.

Notes et références


- Catégorie:Thermodynamique Zero absolu af:Absolute nul ar:صفر مطلق bg:Абсолютна нула ca:Zero absolut cs:Absolutní nula da:Absolut nulpunkt de:Absoluter Nullpunkt en:Absolute zero es:Cero absoluto et:Absoluutne nulltemperatuur fi:Absoluuttinen nollapiste gl:Cero absoluto he:האפס המוחלט hi:परम ताप hu:Abszolút nulla fok is:Alkul it:Zero assoluto ja:絶対零度 ko:절대 영도 lt:Absoliutusis nulis lv:Absolūtā nulle nl:Absoluut nulpunt nn:Det absolutte nullpunktet no:Det absolutte nullpunkt pl:Zero bezwzględne pt:Zero absoluto ru:Абсолютный нуль температуры sh:Apsolutna nula simple:Absolute zero sk:Absolútna nula sl:Absolutna ničla sr:Апсолутна нула sv:Absoluta nollpunkten th:ศูนย์สัมบูรณ์ tk:Absolýut nol tr:Mutlak sıfır uk:Абсолютний нуль vi:Nhiệt độ không tuyệt đối zh:绝对零度
Sujets connexes
Atome   Chaleur   Entropie   Fahrenheit   Guillaume Amontons   Hélium   Kelvin   Limite (mathématiques)   Massachusetts Institute of Technology   Molécule   Niveau d'énergie   Physique quantique   Principe d'incertitude   Quantité de mouvement   Refroidissement d'atomes par laser   Supraconductivité   Température   Troisième principe de la thermodynamique   Univers   William Thomson   Wolfgang Ketterle  
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