Les thermomètres à gaz et l'échelle Kelvin

La définition de la température en termes de mouvement moléculaire suggère qu'il devrait exister une température minimale possible, où l'énergie cinétique moyenne des molécules est nulle (ou le minimum permis par la mécanique quantique). Des expériences confirment l'existence d'une telle température, appelée zéro absolu. Une échelle de température absolue est celle dont le point zéro est le zéro absolu. De telles échelles sont pratiques en science car plusieurs grandeurs physiques, telles que le volume d'un gaz idéal, sont directement liées à la température absolue.

L'échelle Kelvin est l'échelle de température absolue couramment utilisée en science.

L'échelle Kelvin fait partie du système international d'unités, donc sa définition réelle est plus compliquée que celle donnée ci-dessus. Tout d'abord, elle n'est pas définie en termes des points de congélation et d'ébullition de l'eau, mais en termes du point triple. Le point triple est la combinaison unique de température et de pression à laquelle la glace, l'eau liquide et la vapeur d'eau peuvent coexister de manière stable. La température du point triple est définie comme étant de 273,16 K. Cette définition a l'avantage que bien que la température de congélation et la température d'ébullition de l'eau dépendent de la pression, il n'y a qu'une seule température du point triple.

Même avec des points bien définis sur l'échelle, les différents thermomètres donnent des résultats légèrement différents pour d'autres températures. Par conséquent, un thermomètre standard est nécessaire. Les métrologistes ont choisi le thermomètre à gaz à volume constant à cet effet. Un récipient de volume constant rempli de gaz est soumis à des variations de température et la température mesurée est proportionnelle à la variation de pression. Les résultats dépendent quelque peu du choix du gaz, mais plus le gaz dans le bulbe est peu dense, meilleurs sont les résultats pour différents gaz. Si les résultats sont extrapolés à une densité nulle, les résultats s'accordent assez bien, la pression nulle correspondant à une température de zéro absolu. Les thermomètres à gaz à volume constant sont volumineux et atteignent lentement l'équilibre, ils sont donc principalement utilisés comme références pour étalonner d'autres thermomètres.